Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Biologische Identität von Apfelrohware und Apfelprodukten: Vergleichende Bestimmung von Sorten anhand ihrer Chloroplastengenome mittels NGS-Methoden und Entwicklung einer kostengünstigen downstream-Analytik

In den letzten Jahren ist eine zunehmende Nachfrage nach regionalen Obstprodukten zu beobachten. Dabei werden neben etablierten auch alte Sorten und insgesamt eine größere Vielfalt nachgefragt. Dies betrifft sowohl die Rohwaren selbst als auch die daraus hergestellten Produkte. Angaben zur Authentizität (Sortenangaben) sind zwar durch das Prinzip der dokumentenbasierten Rückverfolgbarkeit gesetzlich geregelt, allerdings ist diese Vorgabe bei bewussten Manipulationen unzureichend. Für die obstverarbeitende Industrie, wie z.B. die Fruchtsaftindustrie, besteht daher Bedarf an einer leistungsstarken Analytik, anhand derer einerseits die Authentizität der Rohwaren und der Produkte schnell und zuverlässig belegt werden kann und andererseits Falschdeklarationen schnell entlarvt werden können.

Ziel des Vorhabens ist es, für diesen Zweck detaillierte Sequenzinformationen der Chloroplastengenome aktueller und alter Apfelsorten mit neuesten NGS (Next Generation Sequencing)-Technologien zu ermitteln und hierauf basierend PCR-basierte Methoden zu entwickeln. Aus den NGS-Daten soll eine kostengünstige Downstream-Analyse abgeleitet und ihre Leistungsfähigkeit mit der momentan angewendeten Fingerprint-Analytik verglichen werden.

Äpfel spielen in der Obstverarbeitung wirtschaftlich gesehen in Deutschland die wichtigste Rolle. Regionale Apfelprodukte und speziell Produkte aus alten Sorten sind eine Domäne kleiner und mittelständischer Unternehmen, die mit hochpreisigen Erzeugnissen zunehmend größer werdende Nischenmärkte bedienen. Sie werden in besonderem Maße von den Ergebnissen des Vorhabens profitieren können, um sich gegen Falschdeklarationen zur Wehr zu setzen.

Ergebniszusammenfassung:

Es konnte authentisches Blatt- und Fruchtmaterial sowie sortenreine Apfelsäfte beschafft werden.

Das Blattmaterial wurde für die Isolierung von Chloroplasten-DNA (cpDNA) verwendet. Es konnte eine Methode zur reproduzierbaren Isolierung und Anreicherung von cpDNA etabliert werden, sodass sequenzierfähige DNA vorlag. Des Weiteren konnte der Einfluss des Konservierungsgrad des Blattmaterials auf die cpDNA bestimmt werden, sowie eine Methode zur semiquantitativen Überprüfung der cpDNA-Anreicherung entwickelt werden.

Die cpDNA wurde für die Sequenzierung der Chloroplastengenomen (cpGenom) eingesetzt. Es erfolgte die Sequenzierung von zehn Apfelsorten und die Erhebung von 18 cpGenomen. Da bisher nur ein cpGenom einer Kulturapfelsorte veröffentlich ist, schließt sich damit eine große Lücke. Im Anschluss erfolgte die Untersuchung der cpGenome auf Einzelbasenaustausche (SNP; single nucleotide polymorphism), welche die Grundlage für die Entwicklung einer benutzerfreundlichen downstream-Analyse darstellen (targeted). Hierbei zeigte sich, dass die erhaltenen Sequenzen zwischen den Sorten identisch waren und keine SNPs detektiert werden konnten. Die Daten lassen vermuten, dass das cpGenom für eine Sortenunterscheidung bei (jungen) Apfelsorten nicht geeignet ist. Neben dem cpGenom wurde auch das Mitochondriengenom zur Auswertung der Sequenzdaten herangezogen und es konnte ein SNP in der Sequenz der Sorte Boskoop detektiert werden, welcher durch die Etablierung einer PCR-basierten targeted-Methode zur Bestimmung der biologischen Identität sowie zur Quantifizierung herangezogen werden kann (downstream-Analytik).

Des Weiteren wurde eine RAPD (randomly amplified polymorphic DNA) für eine Sortenunterscheidung etabliert (non-targeted). Die Ergebnisse zeigen, dass eine qualitative Sortenunterscheidung auf Basis von maternalem Gewebe möglich ist. Dieser Ansatz bietet durch die Detektion von SNPs außerdem die Entwicklung einer targeted-Methode auf Grundlage der RAPD-Ergebnisse.