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Effiziente phänotypische und molekulare Selektionsmethoden zur Verbesserung der Auswuchsresistenz von Winterweizen

Zusammenfassung

Unter Auswuchs im eigentlichen Sinne (PHS, pre-harvest sprouting) versteht man die Keimung physiologisch reifer Körner auf der Ähre noch vor der Ernte. Feuchte Witterung in Verbindung mit geringer Samendormanz sind die Hauptgründe dafür. Von Auswuchs betroffene Weizenpartien zeigen eine verminderte Verkleisterungsfähigkeit der Stärke, die über die Fallzahl als Vermarktungskriterium gemessen wird. In Deutschland und Österreich gab es im letzten Dezennium mehrmals großflächige Auswuchsschäden und niedrige Fallzahlen.
Zur Abschätzung der Variation von 124 Sorten und Zuchtstämmen für das Merkmal Auswuchsfestigkeit wurden diese in den Vegetationszeiten 2009/2010 und 2010/2011 an acht Standorten in Deutschland und Österreich angebaut. Zur Charakterisierung des Merkmals wurden vier phänotypische Testverfahren angewendet: Auswuchs intakter Ähren im Labor (Laborauswuchs), Keimung gedroschener Samen (Keimungsindex), Fallzahlbestimmung bei überständiger Ernte und Auswuchs im Feld (Standorte in Österreich). Das Weizensortiment wurde zusätzlich mit verschiedenen molekularen Markersystemen genotypisiert - Single Nucleotide Polymorphism (SNP), Diversity Arrays Technology (DArT), Mikrosatelliten (SSR) und Kandidatengene - um über eine Assoziationskartierung das Merkmal in seine genetischen Komponenten zu zerlegen. Die Heritabilität (h²) lag mit 0,88 für den Keimungsindex, 0,82 für den Laborauswuchs und 0,87 für Fallzahl durchwegs im hohen Bereich. Der intervarietale Zusammenhang des Laborauswuchses zum Keimungsindex war sehr hoch (r = 0,8). Beide Parameter erreichten aber nur eine Korrelation von r = 0,6 zur Fallzahl der Sorten bei überständiger Ernte. Die Assoziationskartierung unter Verwendung der phänotypischen Daten der Einzelumwelten ermöglichte die Identifizierung von 24 signifikanten (P<0,05) Marker- Merkmalsassoziationen. Die Mehrheit von 13 Markern war sowohl mit der Fallzahl als auch mit mindestens einem der direkt auf die Keimung abzielenden Merkmale assoziiert. Während acht Marker gleichzeitig mit den Merkmalen Laborauswuchs und Keimungsindex assoziiert waren, ohne signifikant die Fallzahl zu beeinflussen, zeigten drei Genomregionen eine signifikante Assoziation ausschließlich mit der Fallzahl. Die allele Variation des Kandidatengens Vp-1A für Viviparie zeigte eine starke Assoziation (P< 0,01) mit der Variation für den Auswuchs im Feld. 
Zusammenfassend lässt sich festhalten:  
1.) Erst die Vielzahl verschiedener Standorte und Parameter ermöglichte eine sachgerechte und zuverlässige Schätzung des Merkmals Auswuchsfestigkeit.
 2.) Die große allele Variation einer Genotypenkollektion erlaubte die Identifizierung einer Vielzahl von Marker-Merkmals-Assoziationen. Auswuchsfestigkeit ist bekanntermaßen ein genetisch sehr komplex vererbtes Merkmal, worauf auch die geringe erklärte phänotypische Varianz der identifizierten Loci hindeutete. Die Allele entstammten dem genetischen Hintergrund von Elitewinterweizen und sind direkt für die praktische Züchtung einsetzbar. Die Ergebnisse legen eine zumindest teilweise unabhängige Vererbung der Auswuchsfestigkeit und der Vorgänge, welche die Mobilisierung der Reservestoffe und folglich die Fallzahlstabilität kontrollieren, nahe. Deshalb sollte neben einem der Tests, die direkt die Keimung ansprechen, immer auch eine Prüfung der Fallzahl durchgeführt werden.
3.) Die Anpassung der gefundenen molekularen Marker an kostengünstige Genotypisierungsplattformen ist mehrheitlich gegeben. 
4.) Das Ziel des Vorhabens wurde erreicht.
Der ausführliche Gesamtbericht kann über die GFP-Geschäftsstelle bezogen werden:gfp(at)bdp-online.de
Förderhinweis:Das IGF-Vorhaben 39 EN der Forschungsvereinigung GFP e.V. wurde über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der industriellen Gemeinschaftsforschung und -entwicklung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie aufgrund eines Beschlusses des deutschen Bundestages gefördert.

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