Quinoa (Chenopodium quinoa Willd.) ist eine äußerst nährstoffreiche Kulturpflanze aus der Familie der Amarantaceae, zu der auch wichtige Nutzpflanzen wie Zuckerrübe und Spinat gehören. Sie zeichnet sich durch ihre außergewöhnliche Nährstoffzusammensetzung aus und liefert ein ausgewogenes Spektrum essenzieller Aminosäuren, Proteine, Lipide, Ballaststoffe, Vitamine und Mineralstoffe. Aufgrund dieses einzigartigen Nährwertprofils gilt Quinoa als wichtige Pflanze für die globale Ernährungssicherheit.

Ursprünglich wurde Quinoa vor über 7.000 Jahren in der Andenregion domestiziert und hat sich an vielfältige Umweltbedingungen angepasst, darunter große Höhenlagen, salzhaltige Böden und trockene Standorte. Ihre Toleranz gegenüber abiotischen Stressfaktoren wie Trockenheit, Salzstress, Frost und Hitze macht Quinoa zu einer vielversprechenden Kulturpflanze für eine nachhaltige Landwirtschaft unter sich ändernden klimatischen Bedingungen. Trotz ihrer Resilienz gegenüber abiotischem Stress bleibt Quinoa jedoch anfällig für verschiedene Krankheiten, insbesondere Falschen Mehltau (Peronospora variabilis), der insbesondere in gemäßigten Regionen ein erhebliches Produktionshemmnis darstellt.

Unsere Forschung konzentriert sich darauf, die Wechselwirkungen zwischen abiotischen und biotischen Stressfaktoren in Quinoa zu verstehen. Insbesondere untersuchen wir die genetischen und metabolischen Mechanismen, die der Toleranz gegenüber Trockenheit und der Resistenz gegen Falschen Mehltau zugrunde liegen. Da Umweltstress die pflanzliche Immunantwort und die Krankheitsanfälligkeit beeinflussen kann, ist es entscheidend, die genetischen Grundlagen dieser Interaktionen aufzudecken.

Mit einem integrativen Ansatz, der genomweite Assoziationskartierung (GWAS), Transkriptomik und Metabolomik kombiniert, zielen wir darauf ab, entscheidende genetische Loci, Stoffwechselwege und molekulare Regulatoren zu identifizieren, die an der Stressanpassung beteiligt sind. Diese Erkenntnisse sollen zur Entwicklung verbesserter Quinoa-Sorten mit erhöhter Stressresistenz und stabiler Leistungsfähigkeit unter unterschiedlichen Umweltbedingungen beitragen.

• Identifizierung von Kandidatengenen für agronomisch wichtige Merkmale durch genomweite Assoziationskartierung (GWAS) und QTL-Kartierung in Quinoa
• Auswahl von Quinoa-Akzessionen mit unterschiedlichen Kombinationen aus Resistenz oder Anfälligkeit gegenüber Falschem Mehltau und Toleranz oder Anfälligkeit gegenüber Trockenstress
• Untersuchung der genetischen und molekularen Interaktionen zwischen biotischen (Falscher Mehltau) und abiotischen (Trockenheit) Stressfaktoren in Quinoa
• Kartierung und Charakterisierung der genetischen Loci, die Trockenresistenz und Resistenz gegen Falschen Mehltau steuern, und Korrelation ihrer Haplotypvariationen mit Stressreaktionen
• Optimierung und Standardisierung eines Hochdurchsatz-Assays für Falschen Mehltau zur effizienten Resistenzprüfung in Quinoa
• Identifizierung gemeinsamer Stress-Response-Gene und molekularer Marker, die zwischen Quinoa und anderen Arten im PlantsCoChallenge-Konsortium geteilt werden, um Einblicke in Mechanismen zur stressbedingten Anpassung über Arten hinweg zu gewinnen.

• M.Sc. Swapnil Tale
• Prof. Dr. Nazgol Emrani

• Prof. Dr. Christian Jung, Institut für Pflanzenzüchtung, Christian-Albrechts-Universität zu Kiel, Kiel.
• Prof. Dr. Karin Schwarz und Dr. Tobias Demetrowitsch; Lebensmitteltechnologie, Christian-Albrechts-Universität zu Kiel, Kiel.
• Prof. Dr. Remco Stam und Dr. Severin Einspanier; Institut für Phytopathologie, Christian-Albrechts-Universität zu Kiel, Kiel.
• Prof. Dr. Jennifer Heiser, Pflanzliche Zellbiologie, Christian-Albrechts-Universität zu Kiel, Kiel.
• Prof. Dr. Eric Kemen, Mikrobielle Interaktionen im Pflanzlichen Ökosystem, Universität Tübingen.
• Prof. Dr. Eva Stukenbrock, Botanisches Institut, Christian-Albrechts-Universität zu Kiel, Kiel.
• Prof. Dr. Silvio Waschina, Nutriinformatiks, Christian-Albrechts-Universität zu Kiel, Kiel.

Die Förderung wird von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) bereitgestellt, im Rahmen der Forschungsgruppe PlantsCoChallenge 5640, Teilprojekt 2. Projektlaufzeit: Oktober 2024 – September 2028.