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Fusarium-resistente Hafersorten

Projektname: Fusariumarten und -mykotoxinspektrum im deutschen Haferanbau sowie Entwicklung von Strategien zu deren Reduktion durch Sortenresistenz
Projektlaufzeit: 01.10.2015 - 30.11.2018

Project Summary

In dem Verbundprojekt zwischen der Georg-August-Universität Göttingen, dem Julius Kühn-Institut und der Nordsaat Saatzucht GmbH wurden drei Arbeitsschwerpunkte bearbeitet, die jeweils wieder in mehrere Arbeitspakete gegliedert waren. Der erste Schwerpunkt lag in der Ermittlung des Fusariumarten- und Mykotoxinspektrums im deutschen Haferanbau, der zweite in der Resistenzprüfung von 25 ausgewählten Hafersorten gegenüber Fusarium spp. mit drei verschiedenen Mykotoxinproduzenten einschließlich einer Mischungsvariante und der dritte in Untersuchungen zur Pathogenese von Fusariumarten an Hafer.

1. Arbeitsschwerpunkt

Für den ersten Schwerpunkt, die Identifizierung des Fusariumarten- und Mykotoxinspektrums im deutschen Haferanbau, wurde in den Jahren 2015 bis 2017 die Sorte Max (Verrechnungssorte) an 10 bis 14 Standorten der Haferwertprüfung des Bundessortenamtes beprobt. Es wurden je Standort 200 Haferkörner zufällig ausgewählt, oberflächensterilisiert und über verschiedene Nährmedien die Fusariumpilze aus den Körnern gewonnen. Die Art-Bestimmung erfolgte anhand der Sporenmorphologie im Lichtmikroskop sowie durch Sequenzierung Fusarium-spezifischer Genomabschnitte von Einzelsporenisolaten. Die Analyse des Mykotoxinspektrums erfolgte durch ein HPLC-MS/MS Verfahren.
Die Befallshäufigkeit von Fusarium spp. lag in den untersuchten Kornproben bei bis zu 67%. Das ermittelte Artenspektrum in den Jahren 2015 bis 2017 umfasste insgesamt neun Fusariumarten. Die in allen drei Jahren am häufigsten gefundene Art war der Nivalenol (NIV)-Produzent Fusarium poae, mit einer Häufigkeit von 39% bis 66%. Auf den folgenden Rängen zwei bis vier folgten mit bis zu 20% Häufigkeit die Arten F. sporotrichioides, F. equiseti, F. langsethiae, F. culmorum und F. tricinctum bei wechselndem Ranking über die Jahre. Die am häufigsten und in höchsten Mengen gemessenen Mykotoxine im Hafer waren T-2 + HT-2 sowie NIV. Unter Laborbedingungen konnten durch Schälen der Körner die Mykotoxingehalte um bis zu 100% reduziert werden. Des Weiteren wurden die gefundenen Isolate von F. langsethiae genauer charakterisiert, wobei sich eine enge genetische Verwandtschaft zwischen den deutschen F. langsethiae-Isolaten zeigte. Die untersuchten Isolate produzierten in vitro die Mykotoxine T-2, HT-2, Diacetoxyscripenol (DAS), Neosolaniol (NEO) und Beauvericin (BEA).
Da F. poae in den drei Untersuchungsjahren mit Abstand am häufigsten gefunden wurde und die Bedeutung von F. poae als Erreger der Rispenfusariose im Hafer noch nicht vollständig aufgeklärt war, wurde eine Masterarbeit zur Pathogenität, Aggressivität und Mykotoxinbildung von F. poae durchgeführt. Die Ergebnisse haben deutlich gezeigt, dass F. poae kein T-2 und HT-2 Toxin weder in vitro noch in planta bildet. Stattdessen konnte NIV nachgewiesen werden. Zwischen den DNA-Gehalten von F. poae und NIV unter natürliche Bedingungen wurde eine leicht positive Korrelation festgestellt. Somit stellt F. poae als Pathogen ohne deutliche Befallssymptome und einer hohen Toxizität von NIV eine ernstzunehmende Gefahr für die Verwendung von Hafer aus Deutschland dar, was Gegenstand von weiteren Untersuchungen sein sollte.

2. Arbeitsschwerpunkt

Im zweiten Schwerpunkt wurde ein Hafersortiment von 25 ausgewählten Linien in den Jahren 2016 und 2017 an drei Orten mit F. culmorum, F. langsethiae, F. sporotrichioides und einer Mischung aus F. sporotrichioides und F. culmorum inokuliert und auf relevante Merkmale geprüft. Zudem diente eine mit Wasser behandelte Variante als Kontrolle, die selten Toxingehalte über der Bestimmungsgrenze zeigte. In der F. langsethiae-Variante wurden im Mittel über die getesteten Umwelten und Sorten 60 µg kg−1 T-2 ermittelt, bei F. sporotrichioides waren es 247 µg kg−1 T-2, was als Indiz für die höhere Aggressivität von F. sporotrichioides gewertet wurde. Es wurden signifikante Sortenunterschiede für DON- und T-2-Akkumulation gefunden. Die Sortenrangfolge nach Inokulation mit F. culmorum war signifikant mit jener nach Inokulation mit F. sporotrichioides bei eher mittelhohem Korrelationskoeffizienten korreliert. Dieses deutet darauf hin, dass es neben allgemein wirksamen Resistenz-QTL gegen F. culmorum und F. sporotrichioides auch spezifische zu geben scheint. Eine Mischinokulation von F. culmorum und F. sporotrichioides führte zu einem nahezu identischen Ranking wie die Einzelinokulation. Durch die Infektion mit F. culmorum kam es zu einer signifikanten Reduktion des Korngewichts und Erhöhung des Spelzengehaltes, jedoch nicht zu einer signifikanten Reduktion der Kornzahl je Rispe.
Im geprüften Sortiment waren die kurzstrohigen Prüfglieder zugleich auch diejenigen mit den höchsten Toxingehalten bei DON und T-2. In den eher alten langstrohigen Linien wurde ein geringerer Toxingehalt trotz starkem Lager und hohem Spelzengehalt gefunden und auch unter gleichlangen modernen Sorten zeigten sich signifikante Resistenzunterschiede. Unsere Ergebnisse bestätigen die in anderen Arbeiten gefundene Resistenz bei den Sorten ꞋSchenkenfeldenerꞋ, ꞋKeelyꞋ und ꞋZorroꞋ sowie die Anfälligkeit von ꞋBessinꞋ und ꞋPoseidonꞋ. Zwischen Antherenretention und DON- bzw. T-2-Gehalt wurden im Sortiment nur schwache Zusammenhänge gefunden, die zudem durch die Wuchshöhenunterschiede sowie Unterschiede im Spelzengehalt und der Lagerneigung vor Ernte maskiert wurden.
Die Aggressivitätsprüfung von F. langsethiae-Isolaten im Feld wurde 2016 an zwei Orten durchgeführt und bestätigte die geringere Aggressivität der F. langsethiae-Isolate im Vergleich zu F. sporotrichioides. Zudem wurden weitere Isolate auf Reiskultur hinsichtlich des Toxinbildungsvermögens geprüft. Es gibt eine deutliche Variation im Toxinbildungsvermögen, was als Indiz für hohe Aggressivität gilt.

3. Arbeitsschwerpunkt

Im dritten Schwerpunkt wurde ein Inokulationssystem für F. langsethiae an Hafer unter kontrollierten Bedingungen etabliert. Zudem wurden quantitative Nachweisverfahren auf PCR-Basis für verschiedene Fusarium Spezies im Labor etabliert. In einem zusätzlichen Versuch wurde der Einfluss von Temperatur auf die Aggressivität und Mykotoxinbildung von F. sporotrichioides an Hafer untersucht. Ziel war es, die optimale Temperatur für die Infektion des Pilzes zu ermitteln. Die ersten Auswertungen ließen den Schluss zu, dass F. sporotrichioides verstärkt bei höheren Temperaturen (30°C) Hafer besiedelt.

Ergebnisse

Die Ergebnisse werden bereits in die laufende Resistenzprüfung und Sortenvermarktung seitens des Industriepartners genutzt. Die Erschließung der Fusariumresistenz in der Sorte Puhti kann als mittelfristiges Ziel angegangen werden, wobei die Kombination mit sehr guter Standfestigkeit und hoher Kornzahl je Rispe ein zusätzlicher positiver Aspekt bei der Nutzung dieser genetischen Ressource ist. Des Weiteren kann die Resistenzprüfung nun aufgrund der gewonnenen Erkenntnisse effizienter gestaltet werden.
IGF-Vorhaben Nr. 18864 BG/1 (G151/15a&b) AiF
Der ausführliche Gesamtbericht kann über die GFPi-Geschäftsstelle bezogen werden:
gfpi@bdp-online.de
Förderhinweis:
Das IGF-Vorhaben Nr. 18864 BG der Forschungsvereinigung GFPi e. V. wurde über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der industriellen Gemeinschaftsforschung und -entwicklung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie aufgrund eines Beschlusses des deutschen Bundestages gefördert.

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