Kulturpflanzengenetik
"An mehr als 150.000 Saatgutmustern aus etwa 800 Gattungen untersuchen wir am IPK die genetische Vielfalt von Kultur- und Wildpflanzen sowie die Prozesse, die zu ihrer Entstehung geführt haben. Dieses Wissen bringen wir in NFDI4Biodiversity ein. Die Forschung braucht diese Vielfalt an Daten, damit sie Herausforderungen wie den Klimawandel meistern kann."
Uwe Scholz, Leibniz-Institut für Pflanzengenetik und Kulturpflanzenforschung (IPK)
Über das Leibniz-Institut für Pflanzengenetik und Kulturpflanzenforschung (IPK)
Das Leibniz-Institut für Pflanzengenetik und Kulturpflanzenforschung (IPK) widmet sich der grundlagen- und anwendungsorientierten Forschung an Kulturpflanzen. Im Zentrum der Arbeit steht die Erhaltung, Erforschung und Nutzbarmachung der genetischen Vielfalt wichtiger Kulturpflanzen. Eine zentrale Rolle spielt dabei der Betrieb einer Ex-situ-Genbank. Diese Genbank ermöglicht es, wertvolles Saatgut außerhalb seines natürlichen Lebensraums zu bewahren, um die genetische Vielfalt zu erhalten. Das Saatgut wird sorgfältig in Gläsern bei kontrollierten Bedingungen gelagert und nur dann angebaut, wenn es um den Erhalt der Samenqualität geht, beispielsweise um die Keimfähigkeit zu sichern.
Am IPK wird diese wertvolle Ressource mit Forschungsansätzen in den Bereichen Genomforschung, molekulare Pflanzenbiologie, Systembiologie, Bioinformatik und Modellierung verknüpft. So entsteht ein Zusammenspiel aus genetischer Konservierung und innovativer Forschung, das sowohl das Verständnis der genetischen Vielfalt vertieft als auch neue Wege für die Züchtung und Nutzung von Kulturpflanzen eröffnet.
Der Use Case
Wie wir in NFDI4Biodiversity zusammenarbeiten
Im Einklang mit dem allgemeinen Ziel der Nationalen Forschungsdateninfrastruktur (NFDI), Forschungsergebnisse dauerhaft, strukturiert und frei zugänglich zu machen, engagiert sich das IPK bereits aktiv in verschiedenen Initiativen. Dazu zählen unter anderem Beteiligungen an den Konsortien FAIRagro und DataPLANT. Zusätzlich zum NFDI4Biodiversity-Konsortium, das sowohl diesen zentralen Gedanken als auch die genetische Vielfalt im Kontext der Biodiversität fördert, ist das IPK auch im Deutschen Netzwerk für Bioinformatik-Infrastruktur (de.NBI) aktiv. de.NBI stellt dem NFDI4Biodiversity-Konsortium die de.NBI-Cloud zur Entwicklung des RDCs zur Verfügung. Damit ist das IPK zum einen Datenzentrum, aber auch Daten- und Service-Provider.
Das gemeinsame Ziel
Ziel des Use Case ist, die Biodiversität der pflanzengenetischen Ressourcen (PGR) des IPK in die Research Data Commons (RDC) zu integrieren, um Analysen mit bzw. die Vernetzung dieser Daten zu ermöglichen. Darüber hinaus soll auch der Zugang zu Tools ermöglicht und erleichtert werden. Hierzu werden neben Webanwendungen zur Darstellung genotypischer und phänotypischer Daten auch Workflows angeboten, die etwa die Imputation genotypischer Daten oder die genomweite Assoziation phänotypischer auf genotypische Daten ermöglichen.
Der Fokus dieser Entwicklungen liegt dabei auf Kulturpflanzen wie z.B. Weizen, Gerste, Hafer und Bohnen. Die entwickelten Tools und Workflows sind dabei aber auch für andere Arten nutzbar und können so auch in der breiteren Biodiversitätscommunity von NFDI4Biodiversity angewendet werden.
Standardisierung und Aufbereitung phänotypischer Daten
Eine zentrale Rolle bei der Aufbereitung phänotypischer Daten und zur Weiterverwendung pflanzengenetischer Ressourcen ist der MIAPPE-Standard – ein Leitfaden, der Nutzenden dabei hilft, Daten über pflanzengenetische Ressourcen so zu ordnen, damit sie leichter genutzt und weiterverarbeitet werden können. Das IPK hat für die Arbeit mit diesem Standard schon vor einiger Zeit ein einfach zu bedienendes Programm entwickelt: den MIAPPE-Wizard. Mit ihm können Forschende ganz einfach die benötigten Informationen im MIAPPE-Format erstellen. Zusätzlich arbeitet das IPK auch mit anderen Akteuren an der Weiterentwicklung der BrAPI. BrAPI ist eine Schnittstelle, die darauf ausgelegt ist, die Interoperabilität zwischen verschiedenen Pflanzenzuchtdatenbanken zu ermöglichen.
Bisherige Arbeiten und nächste Schritte
Aktuell wird noch weiter an der Entwicklung von Services und Workflows gearbeitet und das Konzept wurde bereits in einem ersten RDC-Piloten namens MIRA umgesetzt. Dieser Service ermöglicht es, phänotypische Daten, die nach dem MIAPPE-Standard strukturiert sind, aus einem Annotated Research Context (ARC) als BrAPI-Server bereitzustellen. Sind die Daten über BrAPI standardisiert abrufbar, wird der programmatische Zugang und somit die Nutzung vereinfacht. Dies ermöglicht es, in weiteren Schritten bestehende oder neu entwickelte Tools über die Schnittstelle anzubinden.
Weitere Informationen
Kontakt
Sie möchten mehr über diesen Use Case erfahren? Hier finden Sie Ansprechpartnerinnen.
Use-Case-Managerin (NFDI4Biodiversity)
Sarah Fischer (fischer.sarah@fbn-dummerstorf.de)
Use-Case-Partner (IPK)
Uwe Scholz (scholz@ipk-gatersleben.de)
Manuel Feser (feser@ipk-gatersleben.de)
Publikationen zum Thema
On the Way to Plant Data Commons – a Genotyping Use Case (Feser, Manuel; König, Patrick; Fiebig, Anne; Arend, Daniel; Lange, Matthias ; Scholz, Uwe), 2022. Journal of Integrative Bioinformatics: 19(4)20220033, https://doi.org/10.1515/jib-2022-0033
Over the last years it has been observed that the progress in data collection in life science has created increasing demand and opportunities for advanced bioinformatics. This includes data management as well as the individual data analysis and often covers the entire data life cycle. A variety of tools have been developed to store, share, or reuse the data produced in the different domains such as genotyping. Especially imputation, as a subfield of genotyping, requires good Research Data Management (RDM) strategies to enable use and re-use of genotypic data. To aim for sustainable software, it is necessary to develop tools and surrounding ecosystems, which are reusable and maintainable. Reusability in the context of streamlined tools can e.g. be achieved by standardizing the input and output of the different tools and adapting to open and broadly used file formats. By using such established file formats, the tools can also be connected with others, improving the overall interoperability of the software. Finally, it is important to build strong communities that maintain the tools by developing and contributing new features and maintenance updates. In this article, concepts for this will be presented for an imputation service.
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