FraxGen SP6 - Identification of differentially expressed genes (DEGs) in response to ash dieback in Fraxinus excelsior (09/2020 – 04/2024)
Project leader: Prof. Oliver Gailing

Postdoc researchers: Renata Callegari Ferrari, Ph.D., Dr. Katharina Budde


Durch Transkriptom-Analysen basierend auf RNA-Sequenzierung können Gene identifiziert
werden, die potenziell mit der Toleranz gegenüber dem Eschentriebsterben assoziiert sind.
Die Methode wurde bereits für dänische Eschenbestände angewandt und lieferte einige
Expressionsmarker, die mit unterschiedlicher Krankheitstoleranz assoziiert sind. Allerdings
zeigen bisherige Untersuchungen, dass Eschen in unterschiedlichen geographischen
Regionen unterschiedlich auf den Befall durch Hymenoscyphus fraxineus reagieren. Daher
werden weitere Transkriptom-Analysen an ausgewähltem Material aus gut charakterisierten
deutschen Beständen und Klonsamenplantagen benötigt, um möglichst alle Kandidatengene
für die Krankheitstoleranz zu finden. Unser Ziel ist es, differentiell exprimierte Gene zwischen
toleranten und anfälligen Bäumen zu finden und genetische Marker für die Auswahl und
Züchtung toleranter Bäume zu etablieren. Die identifizierten Marker werden deutschlandweit
in befallenen Eschenbeständen untersucht. Dabei werden wir Bestände auswählen, für die
Befallsdaten vorliegen. Ziel ist es, genetische Variation in den Kandidatengenen mit
Unterschieden in der Krankheitstoleranz zu assoziieren.

Anfällige und tolerante Genotypen der Esche werden zunächst von Projektpartnern in
verschiedenen Regionen Deutschlands in natürlichen Beständen identifiziert. Dabei werden
Bäume als tolerant erfasst, wenn sie ohne Symptome sind und die nächsten Nachbarn
starke Symptome des Eschentriebsterbens aufweisen. Die Anfälligkeit für das
Eschentriebsterben wird anschließend experimentell durch Inokulation validiert. Mehrere
tolerante und anfällige Genotypen werden dann mittels Pfropfung repliziert. Diese Bäume
werden unter kontrollierten Bedingungen im Gewächshaus in einem randomisierten,
vollständigen Blockdesign gehalten und die Hälfte wird mit dem Pilz (Hymenoscyphus
fraxineus) infiziert, während die andere Hälfte als Kontrolle nicht infiziert wird. Aus den
Blättern wird RNS extrahiert und sequenziert, um anschließend differentiell exprimierte Gene
zu identifizieren. Zunächst werden dabei nur Genorte berücksichtigt, die eine verstärkte oder
verminderte Expression zwischen Blättern infizierter Bäume und Blättern von
Kontrollbäumen zeigen, die also als Reaktion des Baumes auf die Infektion hoch- oder
runterreguliert werden. In einem zweiten Schritt identifizieren wir die Gene, die eine
differentielle Expression zwischen den vitalen und anfälligen Genotypen zeigen. Diese Gene
sind gute Kandidaten, um anschließend genetische Marker zu entwickeln und diese in
natürlichen Beständen zu charakterisieren. Potentiell geeignete Untersuchungsbestände in
Deutschland werden gemeinsam durch die Kooperationspartner ausgewählt. Dabei sollen
insgesamt zehn Bestände so ausgewählt werden, dass verschiedene Regionen in
Deutschland repräsentiert sind. Als geeignet für die Auswahl als Untersuchungsbestand
werden autochthone Vorkommen angesehen, in welchen sowohl am Eschentriebsterben
erkrankte als auch tolerante Bäume vorkommen. Für die Assoziationsanalysen und die
Charakterisierung genetischer Variation an Kandidatengenen werden 500 Bäume, die einen
weiten Bereich unterschiedlich starker Ausprägungen des Eschentriebsterbens
repräsentieren, ausgewählt. Dazu werden 10 Bestände mit jeweils 50 Bäumen über ganz
Deutschland ausgewählt.

RNS Sequenzierung gibt einen Einblick in die genomweit exprimierten Gene zu einem
bestimmten Zeitpunkt und unter bestimmten Bedingungen. Kandidatengene, die eine
erhöhte oder verminderte Expression nach der Infektion zeigen, werden uns einen Einblick in
die Abwehrreaktionen der Eschen gegen Hymenoscyphus fraxineus geben. Dabei ist es
insbesondere auch interessant die Genexpression und die Expression von sekundären
Pflanzeninhaltsstoffen zu vergleichen und so Abwehrmechanismen auf der molekularen
Eben zu verstehen.
Es wird angenommen, dass weniger als 5 % der Eschen in natürlichen Populationen (wobei
dies regional stark variieren kann) tolerant gegenüber dem Eschentriebsterben sind, keine
bzw. wenige Symptome zeigen und sich von einer Infektion erholen können. Eine
Schwierigkeit besteht darin, diese natürlicherweise vitaleren Eschengenotypen zu erkennen
und zu fördern. Die mit dem Eschentriebsterben assoziierten genetischen Marker erlauben
eine effizientere Auswahl toleranter Genotypen für die Etablierung von Klonsamenplantagen
als die alleinige phänotypische Ansprache. Informationen zur genetischen Variation in
Genen, die mit der Schadresistenz assoziiert sind, können für die Entwicklung von
Erhaltungsstrategien und für Züchtungsprogramme genutzt werden. Ziel ist es die Auswahl
von tolerantem und genetisch variablem Pflanzgut zu erleichtern.

Ansprechperson
Prof. Oliver Gailing, ogailin@gwdg.de, +49-551-3933536
Dr. Renata Ferrari , +49 (0) 551 3933539
Dr. Katharina Budde, k.budde@uni-goettingen.de, Tel. +49 (0)551/399522