Forschungs- und Innovationsprojekt
Identifikation von Resistenzgenen für die Pflanzenzüchtung im Klimawandel mit genomweiten epidemiologisch-klimatischen Analysen

aufgelaufene, grüne Getreideparzellen auf dem Feld

Wechselwirkungen zwischen Standort, Klima, Sorte und Schad­erregern machen die Selektion auf Krankheits­toleranz bei Nutzpflanzen zu einer großen Herausforderung.

Zielsetzung

Im Kooperationsprojekt sollen Wechselwirkungen zwischen regionalen Pilzrassen, Sorten und Klimaeinflüssen für die Identifizierung neuer Resistenzen aufgeklärt werden. Dafür wird die innovative Methode "Genomweite epidemiologische klimatische Analyse" eingesetzt, welche die parallele genetische Analyse von Sommergerste und dem Schadpilz Fusarium im Zusammenhang mit lokalen Klimadaten ermöglicht.

Hintergrund

Es gibt inzwischen ausreichend Belege für verheerende Epidemien bei Nutzpflanzen (Ug99, Getreideschwarzrost), Nutztieren (H5N1, Vogelgrippe) und Menschen (Covid-19). Für die Landwirtschaft stellen Infektionskrankheiten bei Nutzpflanzen und Nutztieren eine erhebliche Belastung dar, da sie sowohl direkte Auswirkungen auf die Erträge bzw. Produktionsverluste als auch indirekte Auswirkungen auf Qualität und Verwertung haben.

Der Klimawandel und der globale Handel erhöhen die Wahrscheinlichkeit verheerender Epidemien und damit die Unvorhersehbarkeit von Produktion und Erträgen, weil

  • steigende Temperaturen die geografische Reichweite von Infektionskrankheiten und die Schwere von Epidemien erhöhen,
  • Erregerstämme leicht zwischen Orten mit günstigen Umweltbedingungen für Epidemien reisen ,
  • neue Epidemien aufgrund der zunehmenden Häufigkeit von Wirtssprüngen entstehen.
Gelbe SG-Getreideparzellen auf dem Feld vor der Ernte.
Die moderne Züchtung auf Krankheitsresistenz bei Nutzpflanzen oder Nutztieren ist ein Wettrüsten mit den Krankheitserregern. Zusätzlich beschleunigt und kompliziert wird dies durch den Klimawandel. Die Anfälligkeit der Nutzpflanzen gegenüber Erregern und der Verlauf von Epidemien hängt von den Genen sowohl des Wirts als auch des Krankheitserregers sowie dem Klima- und Umweltkontext ab. Dieses Zusammenspiel wird GxGxE-Interaktion genannt.
Um die Resistenz von Nutzpflanzen und -tieren gegen Epidemien zu erhöhen, müssen unbedingt neue Resistenzgene gefunden werden. Um resistente Genotypen räumlich und zeitlich optimal in der Agrarlandschaft einzusetzen, müssen außerdem die Auswirkungen der genetischen Vielfalt der Krankheitserreger und des Klimawandels auf die GxGxE-Wechselwirkungen quantifiziert und vorhergesagt werden. Der innovative Ansatz der "Genomweiten epidemiologischen klimatischen Analysen" (GWECAs) trägt dazu bei, das Zusammenspiel von Genetik, Krankheitsmustern und Klima zu verstehen. Dies ist essenziell, um Resistenzstrategien gegen Krankheiten unter sich wandelnden Umweltbedingungen zu entwickeln. Sie ermöglichen präzise Vorhersagen und Anpassungen in der Landwirtschaft, um den Herausforderungen des Klimawandels effektiv zu begegnen.

Methode

In dem Projekt werden drei Ziele verfolgt:

  • Entwicklung eines neuartigen GWECA-Frameworks zur Entdeckung neuer Resistenzgene in Nutzpflanzen sowie zur Identifizierung der Erreger­gene für die Infektiosität und zur Bewertung und Vorhersage des Umwelteinflusses, insbesondere des Klimas, auf das Auftreten und den Schweregrad lokaler Epidemien
  • Gewinnung von Genomdaten von Sommergerste und Fusarium aus verschiedenen Feldversuchen in Bayern als Nachweis für die Anwendung unserer GWECA-Methode
  • Aufbau eines bayerischen und europäischen Netzwerks von interessierten Forschern und Züchtern, um die Methode weiterzuentwickeln und das GWECA-Schema zur Entdeckung neuer Gene in der Züchtung verschiedener Hauptkulturpflanzen (Gerste, Weizen, Mais) und verschiedener Nutztiere (Geflügel, Rinder, Schweine) umzusetzen
Als Pilotprojekt und Proof of Concept für Genome-Wide-Epidemiological-Climatic-Analysen (GWECAs) wird sich das Expertenteam auf Sommergerste und toxinbildende Fusarium-Pilzerreger konzentrieren.

Aufgaben der LfL:

  • Erhebung und Bereitstellung von Befallsbonituren bei Sommergerste von ausgewählten Versuchen in Bayern
  • Bereitstellung von Blatt- und Kornproben bei Sommergerste aus ausgewählten bayerischen Versuchen
  • Wissenstransfer an die Praxis und Nutzung der Erkenntnisse in den Zuchtprogrammen der LfL

Ergebnisse

Mit ersten Ergebnissen ist voraussichtlich ab Ende September 2024 zu rechnen.

Projektinformation
Projektleitung: Prof. Aurélien Tellier (TUM)
Projektbearbeitung: Dr. Markus Herz (LfL)
Laufzeit: 01.01.2024 bis 31.12.2025
Finanzierung: AgroMissionHub

Projektpartner
Prof. Aurélien Tellier (TUM),
Prof. Franziska Wespel (HSWT),
Dr. Markus Herz (LfL),
Dr. Manuel Spannagl (Helmholtz Zentrum, München)

Ansprechpartner
Dr. Markus Herz
Am Gereuth 6
85354 Freising
Tel.: 08161 8640-3629
E-Mail: markus.herz@LfL.bayern.de
Internet: Projektseite Externer Link