Stabilität genetischen Ressourcen – Auswirkung der Cryokonservierung auf genetischer Ebene am Beispiel der Rebe

• Research unit: FOAG
• Project number: 17.21

Key words (German)

Cryokonservierung, in-vitro, Reben, Vitis vinifera, Germplasm Collection, Mutationrate

Key words (English)

Cryopreservation, in vitro, Vines, Vitis vinifera, Germplasm Collection, Mutation Rate

Key words (French)

Cryoconservation, in vitro, vignes, Vitis vinifera, collection de plasma germinatif, taux de mutations

Key words (Italian)

Crioconservazione, in vitro, vite, Vitis vinifera, Collezione di germoplasma, tasso di mutazione

Short description (German)

Die Schweizer genetischen Pflanzenressourcen werden fast ausschliesslich in Feldsammlungen erhalten. Dort sind sie abiotischen und biotischen Stresssituationen ausgesetzt, was zu einer erhöhten Mutationsrate führen kann. Die Frequenz und Amplitude dieser Ereignisse wird sich mit dem Klimawandel erhöhen, somit wird die genetische Integrität der Sorten in Feldsammlungen in Zukunft abnehmen. Zudem werden neue Pathogene und eventuell notwendige Quarantänevorschriften die Feldsammlungen unter Druck setzen. Aus diesem Grund sind alternative Methoden zur langfristigen Absicherung des Genpools dringend notwendig. Die Cryokonservierung könnte eine aufwand- und kosteneffiziente sowie platzsparende Ergänzung zu den Feldsammlungen darstellen, die auf lange Sicht eine höhere genetische Stabilität gewährleistet. Das Projekt soll am Beispiel der Rebe aufzeigen (1) welchen Einfluss der Cryokonservierungsprozess auf die genetische Stabilität der Pflanzen hat, (2) wie gross die Auswirkungen der einzelnen Schritte auf die Mutationsrate des Rebengenoms ist, (3) ob es durch die Cryokonservierung zu epigenetischen Veränderungen kommt, und (4) wie gross Zeit- und Kostenaufwand sind, wenn die Cryokonservierung auf alle Rebsorten der NAP PGREL Positivliste angewandt würde.
Die Anwachsrate nach der droplet-vitrification-Methode wird eruiert. Die eventuell auftretenden Genmutationen und epigenetischen Veränderungen werden bestimmt. Eine Kosten-Aufwandanalyse soll durchgeführt werden.

Project aims (German)

Am Beispiel der Rebe soll dieses Projekt Antworten auf folgende Fragen liefern:
1. Wie hoch ist die Effizienz (Anwachsrate) der Cryokonservierung verschiedener Rebsorten?
2. Wie wirkt sich der Prozess der Cryokonservierung auf die genetische Mutationsrate aus?
3. Werden Mutationen gefunden, wo sind diese lokalisiert? Gibt es ein spezifisches Element (TE), das die Mutationen verursacht?
4. Wie verändert sich die Methylierungsstruktur durch den Cryokonservierungsprozess? Sind die Veränderungen gravierend? Welche Gene / Gencluster / Prozesse sind betroffen?
5. Szenario der Cryokonservierung aller für die Schweiz schützenswerten Rebsorte (NAP Positiv Liste): Abschätzung des Zeit- und Kostenaufwandes der
Cryokonservierung in einem hochdurchsatzverfahren sowie der Unterhaltung und Remobilisierung der Sorten.

Abstract (German)

The project «Stabilität genetischen Ressourcen – Auswirkung der Cryokonservierung auf genetischer Ebene am Beispiel der Rebe» was testing the process of cryopreservation as an additional method for conservation of natural resources. The main question was in how far mutations would take place during the transfer from field over in vitro cultivation and cryopreservation until regrowth on soil. However, the processes of taking the different grape varieties into in vitro cultivation, maintenance and preparation for cryopreservation did vary for each of the different varieties, which required a more basic study of the conditions for each of the steps done. Addition of plant growth regulators did not give a large improvement. For this reason, the project failed to reach the aim of sequencing different material throughout and after the project time. However, this project is a good base for further experiments in the direction of artificial seeds, that can be generated from embryogenic material induced in vitro, and that can be stored in cryopreservation as well. Preliminary results are indicating a good base for further examination of that process.

Abstract (English)

The project «Stabilität genetischen Ressourcen – Auswirkung der Cryokonservierung auf genetischer Ebene am Beispiel der Rebe» was testing the process of cryopreservation as an additional method for conservation of natural resources. The main question was in how far mutations would take place during the transfer from field over in vitro cultivation and cryopreservation until regrowth on soil. However, the processes of taking the different grape varieties into in vitro cultivation, maintenance and preparation for cryopreservation did vary for each of the different varieties, which required a more basic study of the conditions for each of the steps done. Addition of plant growth regulators did not give a large improvement. For this reason, the project failed to reach the aim of sequencing different material throughout and after the project time. However, this project is a good base for further experiments in the direction of artificial seeds, that can be generated from embryogenic material induced in vitro, and that can be stored in cryopreservation as well. Preliminary results are indicating a good base for further examination of that process.