Willkommen bei den Forschungsprojekten von Dr. Dirk Becker
Meine Arbeitsgruppe beschäftigt sich mit biotechnologischen und gentechnischen Forschungsprojekten an Kulturpflanzen mit Schwerpunkt auf Getreide, Raps, und Tabak. Hierfür ist es zunächst notwendig, in vitro Kultursysteme zur effizienten Regeneration von Pflanzen zu entwickeln und basierend darauf, Transformationsmethoden zu etablieren. Routinemäßig werden augenblicklich Mais und Raps im Rahmen von Forschungsprojekten transformiert.
Mit Hilfe der Transformationsmethoden haben wir in zurückliegenden Forschungsprojekten beispielsweise Stärke als nachwachsenden Rohstoff für den Nahrungs- und nicht-Nahrungsmittelbereich mit definierten, zum Teil neuen Eigenschaften in Weizen erzeugt. In einem weiteren Forschungsschwerpunkt ging es um die Funktionsaufklärung von Speicherproteinen während der Teigbildung von Mais und Weizen und es wurden Versuche zur Verbesserung der Backeigenschaften von Maismehlen durch die Übertragung von Weizenspeicherproteinen in Mais durchgeführt.
In vitro Kultursysteme
Unter in vitro Kultursystemen versteht man die sterile Kultur von pflanzlichen Einzelzellen oder Zellaggregaten auf sterilen Nährmedien. Pflanzliche Zellkulturen werden zur Massenvermehrung von Pflanzen in der Pflanzenzüchtung und als Ausgangskulturen für Transformationsmethoden verwendet. Unsere Gruppe verfügt über langjährige Erfahrung in der Getreidezellkultur und der Etablierung von Transformationsmethoden für Getreide, Tabak und Raps. Als Transformationsmethoden verwenden wir die Protoplastentransformation, die biolistische Transformation und den Agrobakterium-vermittelten DNA-Transfer.
In vitro Kultur und Transformation von Mais
A: In vitro Kalluskulturen von Mais, B: dsRed Expression in Pappelkallus nach der biolistischen Transformation, C: GUS Aktivität in Mais-Kalluskulturen und Regeneraten, D: Transgene Maispflanzen nach der Etablierung in Erde
TALEN- und CRISPR/Cas9 Rekombinasesysteme
Genomeditierung durch ortsspezifische Endonukleasen (z. B. TALEN, CRISPR/Cas9) ermöglichen weitreichende neue Ansätze zur Beschleunigung des Züchtungsforschritts. Entscheidende Vorteile liegen in der Möglichkeit zur a) Schaffung neuer genetischer Variation, b) zielgenauen Abschaltung oder Änderung von Genaktivität oder -funktion, c) Umgehung des züchterischen Problems des Linkage Drag und damit oft verbundener Ertragsverluste und d) parallelen Bearbeitung multipler Genorte. Gleichzeitig erlaubt die rasante Entwicklung von Sequenzierungstechniken die beschleunigte Identifizierung merkmalsrelevanter Gene als Zielorte gerichteter Editierung.
Methoden zur Veränderung von Pflanzengenomen, die keine DNA-Integration erfordern, sind sowohl im kommerziellen als auch im akademischen Bereich von Vorteil. Da der Transfer von Proteinen in Zellen (bisher) nicht unter das Reglement des Gentechnikgesetzes gefallen ist, wurden Zellen und Organismen, die auf diese Weise hergestellt wurden, nicht als transgen klassifiziert.
Hauptziel der AG Becker ist es, Verfahren zur Genomeditierung zu entwickeln, die auf das Einschleusen von Nukleinsäuren verzichten. Anstelle dessen verwenden wir isolierte Cas9 und TALEN Proteine um diese in Einzelzellen (Protoplasten) und intakte Gewebe mit Hilfe von cell penetrating peptides (CPP) zu transferieren um dort in Kandidatengenen Genom Editierungen zu induzieren.
Die Optimierung der Transferparameter wird mit GFP bzw. TALEN/Cas9-GFP Fusionsproteinen durchgeführt.
