Gen om e d iver si ty

Developments in the reporting period
Management of the ex situ collection
the Federal ex situ Genebank comprises 151,379 accessions 
from 3,220 species and 768 genera.  besides this living col-
lection the Genebank maintains a herbarium which serves as 
reference centre for taxonomical studies and holds more than 
427,000 voucher specimen as well as a collection of 158,000 ref-
erence samples of seeds, spikes and fruits.
the genebank collections are maintained in Gatersleben and 
two satellite stations located at the baltic Sea, Groß Lüsewitz 
(potato assortment, 6,124 accessions) and Malchow (oil and 
forage crops, 14,271 accessions). about 3,100 accessions are 
preserved in vitro, the majority representing microtubers of 
potato accessions. as a safety backup of this living collection 
a cryo-collection of potato is continuously extended and cur-
rently comprises 1,403 accessions. Further cryo-collections of 
garlic (Allium sativum) and Mentha are under development.
about 4 % of the collection is maintained/propagated vegeta-
tively, the rest is conserved as seeds. each season about 5 % of 
Abteilung Genbank
Leiter:  Prof. dr. andreas Graner
Allgemeine Forschungsziele
im Mittelpunkt der abteilung steht die bundeszentrale Ex-
situ-Genbank für landwirtschaftliche und gartenbauliche kul-
turpflanzen. Sie ist die größte Genbank in der europäischen 
Gemeinschaft und liefert wesentliche beiträge zur umsetzung 
der nationalen Strategie zur biologischen Vielfalt und des na-
tionalen Fachprogramms zur erhaltung und nachhaltigen nut-
zung pflanzengenetischer Ressourcen (PGR) landwirtschaftli-
cher und gartenbaulicher kulturpflanzen. die Genbank ist auf 
vielfältige Weise mit dem European Cooperative Program for 
Plant Genetic Resources (ecPGR) verbunden und ist eine zent-
rale komponente des europäischen Genbankverbunds aeGiS 
(a european Genebank integrated System). die abteilung ist in 
drei Forschungsbereiche gegliedert: in dem bereich Charakte-
risierung und Dokumentation werden experimentelle ansätze 
sowohl auf genomischer als auch auf phänotypischer ebene 
eingesetzt, um eine zunehmend wissensbasierte nutzung von 
PGR zu ermöglichen. eine wichtige Rolle spielt dabei der be-
trieb und weitere ausbau von Genbankinformationssystemen. 
im bereich Taxonomie und Evolution werden Fragestellungen 
der artbildung und anpassung sowie die aufklärung taxono-
mischer zuordnungen innerhalb ausgewählter kultur- und 
Wildpflanzengattungen untersucht. die kernaufgaben im 
bereich Management und Evaluierung umfassen neben der er-
haltung der Genbankkollektionen sammlungsbezogene For-
schungsaufgaben zur weiteren Verbesserung des erhaltungs-
managements.
Entwicklungen im Berichtszeitraum
Sammlungsmanagement 
im zentrum des Sammlungsmanagements steht der betrieb 
der bundeszentralen Ex-situ-Genbank. Sie umfasst zum gegen-
wärtigen zeitpunkt 151.379  akzessionen von 3.220 arten und 
768 Gattungen. neben den Lebendsammlungen unterhält die 
Genbank als Referenzzentrum für taxonomische arbeiten ein 
herbarium mit über 427.000 belegen, 104.000 Referenzmuster 
von Samen und Früchten sowie von 54.000 Getreideähren. 
der erhalt der Sammlung erfolgt in Gatersleben und den bei-
den außenstandorten Groß Lüsewitz (kartoffelsortiment, 6.124 
akzessionen) und Malchow (Öl- und Futterpflanzen, 14.271 ak-
zessionen). etwa 3.100 akkzessionen werden in vitro erhalten, 
der Großteil entfällt hierbei auf die Mikroknollenerhaltung bei 
kartoffel. zur absicherung der Lebendsammlung erfolgt der 
kontinuierliche ausbau der cryo-Lagerung der kartoffelsamm-
lung in flüssigem Stickstoff, der mittlerweile 1.403 akzessionen 
umfasst. Weitere cryo-kollektionen für Allium-und Mentha-ar-
ten befinden sich im aufbau. 

26
Abteilung Genbank/
Department of Genebank
etwa 4 % der Sammlung werden vegetativ erhalten, der Rest 
wird über Samen vermehrt. der jährliche Vermehrungsanbau 
im Feld und Gewächshaus beträgt etwa 5 % der Samenträger, 
woraus sich eine mittlere einlagerungszeit von 20 Jahren ab-
leiten lässt.
zur absicherung der weltweit in Genbanken gelagerten Saat-
gutbestände eröffnete der Global Diversity Trust im Jahr 2008 
im Permafrostboden von Spitzbergen ein Langzeitlager. das 
iPk nutzt diese Möglichkeit zur einlagerung von Sicherheits-
duplikaten, die im zuge der Saatgutvermehrung  erstellt und 
anschließend in dem Global Seed Vault eingelagert werden.
in den beiden vergangenen Jahren wurden zusammen über 
66.000 Muster abgegeben. Seit 1952 hat die Genbank insge-
samt 894.310 Muster an nutzer im in- und ausland bereitge-
stellt. 
im berichtszeitraum stellten Privatpersonen mit insgesamt 
29.096 akzessionen die größte nutzergruppe von Genbankma-
terial dar, gefolgt von Forschungseinrichtungen (19.756) und 
Pflanzenzüchtern (9.413). 26.709 Muster (40 %) wurden an nut-
zer im ausland abgegeben. Sämtliche abgaben erfolgen im 
Rahmen der Standard-Material-transfer-Vereinbarung (SMta) 
der Fao. Sortimentsumfänge und abgaben sind tabelle 6,  
S. 27 zu entnehmen.
Seit 2007 verfügt die Genbank über ein Qualitätsmanagement-
system nach din en iSo 9001:2008. dieses sichert einen hohen 
fachlichen Standard bei den Vermehrungs- und erhaltungsar-
beiten, gewährleistet transparenz und nachvollziehbarkeit der 
arbeitsprozesse und liefert damit die Grundlage für die nach-
haltige Sicherung des für die Sortimentserhaltung notwendi-
gen know-how.
Forschung
die Forschungsarbeiten umfassen sowohl sammlungsbezo-
gene als auch nutzungsbezogene themen. ziel der samm-
lungsbezogenen Forschung ist ein verbessertes erhaltungs-
management. die nutzungsbezogenen Forschungsarbeiten 
 
konzentrieren sich auf die entwicklung von Ressourcen und 
innovativen ansätzen zur inwertsetzung der Gaterslebener 
Sammlung für Forschung und züchtung. eine Mittelstellung 
zwischen den beiden genannten themen nehmen die For-
schungsarbeiten zur kulturpflanzentaxonomie und -evolution 
ein. dort werden in erster Linie Fragestellungen aus dem be-
reich der Grundlagenforschung bearbeitet.
im Forschungsbereich Taxonomie und Evolution erfolgt die 
untersuchung von artbildungsprozessen und die aufklärung 
taxonomischer beziehungen innerhalb ausgewählter Pflan-
zengattungen. eine umfassende phylogenetische analyse der 
Gattung  Crocus, in der sich mit C. sativus auch eine wichtige 
Gewürzpflanze befindet, führte zu einer völligen Revision der 
bisherigen taxonomie, in deren ergebnis die anzahl der bisher 
beschriebenen arten sich nahezu verdoppelte. 
the total collection are being multiplied, resulting in an average 
storage time of about 20 years. 
in order to increase the safety of the 7.4 million-odd seed sam-
ples worldwide maintained in genebanks, the Global diversity 
trust opened up in 2008 a long term storage facility established 
under permafrost conditions on  the norwegian island of Sval-
bard. iPk embraces the opportunity to store safety duplicates 
in this location. these are being generated in the course of seed 
multiplication to be subsequently transferred to the Global 
Seed Vault.
in the past two years more than 66,000 seed and tuber samples 
were distributed, the total number of accessions that were dis-
tributed since 1952 now amounting to 894,310.
in the reporting period, private persons receiving a total of 
29,096 accessions represented the largest user group, followed 
by research institutes (19,756) and plant breeders (9,413). 
26,709  accessions (40 %) were shipped abroad. all samples are 
distributed based on the conditions enshrined in the Standard 
Material transfer agreement of Fao. Further information on the 
collection and the distribution of accessions is given in table 6 
(p. 27). 
in 2007 the Genebank has established a Quality Management 
System (QM) according to din en iSo 9001:2008. it documents 
and surveys all core processes pertaining to the conservation 
management. the QM warrants transparency and traceability 
of all relevant steps and provides the basis for the sustainable 
preservation of the ample know how required for the conserva-
tion management. 
Research
the research programme covers two major areas: one address-
es issues related to the conservation of PGR while the other 
aims at enhancing the utilization PGR for research and breed-
ing with specific emphasis on cereal crop species. Research into 
taxonomy form a nexus between these two research areas.
the programme Taxonomy and Evolution deals with ques-
tions regarding speciation, radiation and adaptation as well as 
elucidation of taxonomic relationships within selected genera. 
a comprehensive phylogenetic analysis of the genus Crocus, 
with C. sativus as an important spice plant, resulted in a thor-
ough revision of the existing classification by nearly doubling 
the number of species. 
not least because of the agronomic importance of barley (Hor-
deum vulgare) the genus Hordeum is of central importance 
for this program. it is coined by an extraordinary diversity re-
garding genome structure (diploid, tetraploid, hexaploid spe-
cies), life cycle (annual, perennial), mating system (inbreeding, 
outbreeding) and the adaptation of its species to a variety of 
diverse habitats. Sequence analysis of defined gene regions 
yields important clues regarding the evolution of different 
species and their adaptation to a range of biotic and abiotic 
stresses. 

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Sortimente
Assortments
Bestand/
Accessions
Abgaben/Distribution
2012
2013
Getreide und Gräser
Cereals and Grasses
65876
6904
8455
Weizen
wheat
28118
3401
4238
Gerste
barley
23673
1312
2326
hafer
oat
4835
535
162
Roggen
rye
2414
368
460
triticale
triticale
1581
34
13
Mais
maize
1542
438
261
Aegilops
Aegilops
1531
204
490
hirsen
millets
844
210
215
Sonstige  Gräser
other grasses
1338
402
290
Leguminosen
Legumes
28046
3186
3427
Phaseolus
Phaseolus
9076
844
533
erbsen
pea
5308
431
720
ackerbohnen
field beans
3152
208
216
Lupinen
lupines
2772
154
111
Wicken
vetches
1868
133
166
kleearten
clover species
1940
330
317
Sojabohnen
soybeans
1503
696
802
bohnen-Sonderkulturen
other beans
622
92
109
Lathyrus
vetchling
522
72
115
kichererbsen
chickpea
528
27
81
Linsen
lentils
474
146
142
Sonstige 
others
281
53
115
Cucurbitaceae
Cucurbitaceae
2678
1726
1450
kürbisse
pumpkins
1091
812
638
Melonen
melons
726
264
213
Gurken
cucumbers
706
550
529
Sonstige 
others
155
100
70
Gemüse (+Rüben)
Vegetables
18834
12229
7704
tomaten
tomatoes
3689
2447
1450
Allium
Allium
3203
654
432
Beta
Beta beets
2316
1215
474
Brassica
Brassica
2193
1476
922
Paprika
pepper
1532
2766
1052
Salat
lettuce
1126
456
332
Quinoa
Quinoa
953
66
39
Raphanus
Raphanus
750
614
487
zichorie
chicory
687
349
78
Möhren
carrots
494
519
367
Sellerie
celery
252
140
141
Spinat
spinach
214
155
262
Sonstige
others
1425
1366
1668
Öl-, Faser-, Farbpflanzen
Oil, Fibre, Dye Plants
5510
1358
1314
Lein
flax
2326
110
116
Sonnenblumen
sunflower
689
283
207
Ölpflanzen
oil plants
552
97
370
Farbpflanzen
dye plants
470
277
345
Faserpflanzen
fibre plants
190
139
61
Sonstige 
others
1283
452
215
Arznei-, Gewürzpflanzen
Medicinal, Spice Plants
8278
4673
3963
Mohn
poppy
1148
272
223
tabak
tobacco
590
290
332
Sonstige
others
6540
4111
3408
Mutanten
Mutants
1762
1024
332
Soja
soybean 
567
31
140
tomaten
tomato 
744
168
169
Antirrhinum
Antirrhinum 
451
825
23
Kartoffeln
Potatoes
6124
2211
2265
Öl- und Futterpflanzen
Oil and Forage Crops
14271
2564
1285
Gräser
grasses
10464
688
539
Raps und Futterkohl
rapeseed, feeding kale
2481
1609
675
Rotklee und Luzerne
red clover, alfalfa
1326
267
71
Gesamt/Total
151379
35875
30195
tabelle/
table 6
. übersicht zum bestand und zu den abgaben der Genbank nach Fruchtarten/
overview of the collection and distribution by crop species

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Abteilung Genbank/
Department of Genebank
im zentrum der arbeiten des Forschungsbereichs steht  jedoch 
die Gattung Hordeum. diese ist aufgrund der großen bedeu-
tung der kulturgerste (Hordeum vulgare) in der landwirtschaft-
lichen Praxis und für die Forschungsarbeiten am institut von 
besonderem interesse. Sie ist durch eine außerordentlich hohe 
evolutionäre Vielfalt bezüglich der Genomstruktur (di ploide, 
tetraploide, hexaploide arten), des Lebenzyklus (annuell, pe-
rennierend), der Fortpflanzungsbiologie (Selbstbefruchter, 
Fremdbefruchter) und der anpassung an unterschiedliche 
habitate gekennzeichnet. die Sequenzierung definierter Gen-
regionen liefert wichtige hinweise zur entstehungsgeschichte 
einzelner arten und zu erforschung der anpassungsmechanis-
men an umwelten, die durch unterschiedliche biotische und 
abiotische Stressfaktoren gekennzeichnet sind. 
die  Forschungsarbeiten im bereich Management und Evalu-
ierung zielen auf die weitere Verbesserung des erhaltungsma-
nagements vegetativ bzw. generativ vermehrter Sammlungs-
muster ab. im hinblick auf erstere wird neben dem ausbau 
der cryo-Sammlung von kartoffelmustern an der weiteren 
optimierung der cryo-konservierung von Gewebeexplantaten 
verschiedener Pflanzenarten sowie an der konservierung von 
Pollen gearbeitet. 
der für samenbürtige arten erforderliche erhaltungsaufwand 
stellt unter anderem eine Funktion der maximalen einlage-
rungsdauer von Saatgut dar. diese ist das ergebnis des zusam-
menwirkens einer Vielzahl innerer und äußerer Faktoren, deren 
aufklärung für die Verbesserung des erhaltungsmanagements 
von essenziellem interesse ist. besondere bedeutung fällt 
der entwicklung von Schnelltests für die kontrollierte Saat-
gutalterung zu. diese liefern nach kurzer behandlungsdauer 
ein realistisches abbildbild des keimfähigkeitsverlaufs unter 
den bedingungen der Langzeitlagerung im Samenkühllager  
(s. abb. 9, S. 24). Gemeinsam mit der identifizierung entspre-
chender biomarker werden so die durchführung von geneti-
schen untersuchungen zur Langlebigkeit von Saatgut sowie 
die aufklärung physiologischer Prozesse ermöglicht, welche 
die Langzeitlagerung von Saatgut beeinflussen.
der Wert einer genetischen Ressource ist eine Funktion ihrer 
Verfügbarkeit und den akzessionsspezifischen informationen. 
der Forschungsbereich Charakterisierung und Dokumenta-
tion befasst sich mit der untersuchung von Genbankmateri-
al auf dna-ebene sowie mit der entwicklung und Pflege von 
datenbanken zur Speicherung und bereitstellung von gen-
bankbezogenen daten. eine wichtige Rolle fällt dem Genbank-
informationssystem (GbiS) zu, welches sämtliche Prozesse des 
erhaltungsmanagements und des bestellwesens abbildet und 
in zunehmendem Maße weiterführende informationen bereit-
stellt.
Wichtige Voraussetzung für die verbesserte nutzbarmachung 
der in den iPk-Sammlungen vorhandenen genetischen diver-
sität sind informationen zur Struktur und Funktion von Genen, 
welche an der ausprägung agronomischer Merkmale beteiligt 
sind. entsprechende Forschungsarbeiten konzentrieren sich 
auf Merkmalskartierung und Genklonierung bei Gerste und 
Research within the programme Management and Evalua-
tion centers on further optimization of the conservation man-
agement for both vegetatively maintained and seed borne ac-
cessions. Regarding the former, the activities focus on further 
completion of the potato-cryo collection, the establishment of 
cryo-storage protocols for additional species. Regarding cryo-
conservation of pollen samples a procedure was established 
that yields high in vitro germination and in vivo fertilization 
rates. 
time and effort required for the conservation of seed borne 
species is critically dependent on storage time and thus seed 
longevity. the latter is the result of the interaction of a multi-
tude of intrinsic and external factors. their identification and 
manipulation is of crucial importance for further improvement 
of the conservation process. the corresponding research activi-
ties aim at development of experimental procedures to mimic 
aging of seeds in a time lapse (cf. Fig. 9, p. 24). along with the 
identification of appropriate biomarkers the establishment of 
such tests provides the groundwork for genetic studies on seed 
longevity and for the identification of physiological processes 
that impinge on long term storage of seeds.
the value of a given genetic resource is reflected by the ease 
of access and the availability of context specific information. 
to address this issue, the programme Characterization and 
Docu mentation  deals with genetic characterization of gene-
bank material at the dna level and the development and cura-
tion of databases with PGR related information. the Genebank 
information System (GbiS) maps all processes and documents 
information related to conservation management and the dis-
tribution of material. in addition GbiS represents an interface 
for exchange of data with national and international databases. 
information on position, structure and function of genes in-
volved in the expression of agricultural characters and traits 
represents an important prerequisite for the valorisation of 
PGR. the corresponding research activities focus on trait map-
ping and gene isolation, mainly in barley and wheat. Research 
into gene discovery aims at revealing the genetic architecture 
of agronomic characters including spike morphology, regula-
tion of flowering time, as well as resistance to barley yellow mo-
saic virus. over the past years, an increasing body of sequence 
information has substantially reduced the amount of resources 
required for map based cloning of agronomical important 
genes. closely interacting with the International Barley Sequenc-
ing Consortium, which was launched in 2006, a major milestone 
was reached in 2012 by completing the genomic sequence of 
the “gene space” and by integrating the sequence information 
with the physical and genetic maps of the barley genome.
the availability of sequence information for virtually all major 
crop species now forms a launching pad for the systematic se-
quence analysis of genebank collections. against this backdrop, 
crop genomics will blaze the trail for the further development 
of the Federal ex situ Genebank towards an integrated  resource 

29
Weizen. im Vordergrund stehen die aufklärung der geneti-
schen baupläne für Ährenmorphologie, der Steuerung des 
blühzeitpunkts sowie der Resistenz gegen den barley Yellow 
Mosaic-Viruskomplex. eine wesentliche beschleunigung und 
erleichterung der zeit- und ressourcenaufwändigen kartenge-
stützten klonierung agronomisch relevanter Gene stellt die 
Verfügbarkeit einer genomischen Sequenz dar. Gemeinsam 
mit den Partnern aus dem International Barley Sequencing Con-
sortium wurde der Sequenzierung der Gen-tragenden bereiche 
und der Verbindung der Sequenzen mit der genetischen und 
physischen karte ende 2012 ein wichtiger Meilenstein auf dem 
Weg zu einer Referenzsequenz des Gerstengenoms erreicht. 
die Verfügbarkeit der Sequenzen wichtiger nutzpflanzengeno-
me bildet den ausgangspunkt für die systematische Resequen-
zierung umfangreicher Genbankkollektionen und eröffnet da-
mit neue Wege für den weiteren ausbau der bundeszentralen 
Ex-situ-Genbank zu einem Ressourcen- und informationszen-
trum für die wissensbasierte inwertsetzung von PGR. Weitere 
einzelheiten zu den aufgeführten Forschungsthemen und da-
mit verbundenen Projekten sind den nachfolgenden berichten 
der einzelnen arbeitsgruppen zu entnehmen.
andreas Graner, Januar 2014
and information centre for the knowledge based valorisation of 
PGR. Further details regarding research and service activities of 
the department will be found in the subsequent reports of the 
individual research groups.
andreas Graner, January 2014

Abteilung Genbank/
Department of Genebank
30
Goals
development and application of genomics based resources for 
the identification, isolation and functional analysis of genes in-
volved in plant development and the expression of agricultural 
traits. impact of adaptation and selection on genetic variation 
at the levels of individual genes, genomes as well as distinct 
genepools.