Forschungs- und Innovationsprojekt
GeFluTo: Nutzbarmachung von Resistenzquellen gegen Flugbrand

Sommergerstenähre mit Flugbrand

Abbildung 1: Flugbrand
auf Sommergerstenähre

GeFluTo: Nutzbarmachung von Resistenzquellen gegen Flugbrand zur Verbesserung der Immunität in Sommergerste für den ökologischen Landbau

Flugbrand erschwert die Erzeugung von ökologisch erzeugtem, qualitativ hochwertigem Saatgut. Auf ökologisch bewirtschafteten Flächen sind samenbürtige Krankheiten, vor allem der Flugbrand, schwierig zu bekämpfen, da die chemische Beizung im Ökologischen Landbau verboten ist. Der Züchtung von flugbrandresistenten Sorten kommt daher eine besondere Bedeutung zu, ihre Selektion ist jedoch sehr zeitaufwendig.

Herausforderung und Zielsetzung

Samenbürtige Krankheiten spielen seit Einführung der chemischen Beizung eine untergeordnete Rolle. Mit dem Anstieg der ökologisch bewirtschafteten Flächen nehmen diese, vor allem der Flugbrand (Ustilago nuda) (Abbildung 1), wieder an Bedeutung zu, da die chemische Beizung im Ökologischen Landbau untersagt ist. Vor allem in der Erzeugung von ökologisch, qualitativ hochwertigem Saatgut stellt der Flugbrand eine Herausforderung dar, da der Vermehrungsbestand bei mehr als drei Brandähren auf 150 m² aberkannt wird. Resistente Sorten sind daher von besonderer Bedeutung. Die Selektion auf flugbrandresistente Sorten ist jedoch auf Grund der Notwendigkeit von zwei Aufwüchsen bis zum Auftreten der Symptome sehr zeitaufwendig. Ziel dieses Projektes ist es deshalb, verschiedene Resistenzquellen genetisch zu separieren, molekulare Marker zu entwickeln und diese für eine gezielte und frühzeitige Resistenzzüchtung nutzbar zu machen.

Methode

Hände, die mit Spritze eine Sommergerstenblüte künstlich mit Flugbrand infizierenZoombild vorhanden

Abbildung 2

Um dieses Ziel zu erreichen, werden ausgewählte Donoren und deren Kreuzungsnachkommen mit molekularen Markern und SNP Chip getestet, sowie nach der künstlichen Infektion (Abbildung 2) auf phänotypische Ausprägung von Brandähren untersucht. Des Weiteren soll eine qPCR (quantitative PCR) als Nachweisverfahren des komplizierten Infektionsverlaufs des Pilzes in der Pflanze etabliert werden, um den Resistenztyp besser einordnen und charakterisieren zu können. Zudem werden neue molekulare Marker entwickelt, welche eine frühzeitige und effiziente Selektion ermöglichen sollen. Am Ende werden verschiedene DH-Populationen erstellt und eine Auswahl soll nach künstlicher Infektion auf die phänotypische Ausprägung von Flugbrandähren untersucht werden.

Folgende wissenschaftliche und technischen Arbeitsziele werden angestrebt:

  • Erhaltung und Nutzung von Biodiversität in Form eines Genotypenspektrums mit weiter genetischer Spannbreite
  • Züchterische Weiterentwicklung von Getreide für die Bedingungen des ökologischen Landbaus
  • Nachhaltige Erzeugung und Bereitstellung ökologisch erzeugter Sommergerste
  • Umweltschonende Ressourcennutzung durch die Vermeidung von chemischem Pflanzenschutz
  • Entwicklung von Züchtungszielen und -konzepten für den ökologischen Landbau
  • Optimierung der Züchtungsstrategien mit molekularen Markern
  • Verbesserung der Eigenschaften ökologisch erzeugter Braugerste insbesondere im Hinblick auf Krankheitsresistenz, Unkrautunterdrückung, Stresstoleranz und Malzqualität
  • Verbesserung der Wettbewerbsfähigkeit der heimischen Pflanzenzüchtung durch die Bereitstellung effizienter Züchtungsverfahren
  • Verbesserung der Qualität ökologisch erzeugter Produkte

Bisherige Ergebnisse und aktueller Stand:

Bisher wurden verschiedene Versuche durchgeführt. Das Donorensortiment wurde in zwei Wiederholungen getestet und die statistische Auswertung der Daten hat ergeben, dass signifikante Unterschiede zwischen den Wiederholungen bestehen. Die auf dieser Datenbasis ermittelte Heritabilität beträgt 59%. Außerdem wurden von der Getreidezüchtungsforschung Darzau Feldversuche durchgeführt, in denen ebenfalls einige Donoren und verschiedene Stämme getestet wurden. Alle Ergebnisse zeigen, dass eine hohe Genotyp-Umwelt-Interaktion für das Merkmal besteht, was die unterschiedlichen Ausprägungen einiger Genotypen im Gewächshaus und im Feldversuch erklärt. Deutlich wurde in den Gewächshausversuchen ebenfalls, dass während der künstlichen Infektion optimale Bedingungen (Temperatur 23 – 25°C, Luftfeuchte > 80%) nötig sind, um eine erfolgreiche und reproduzierbare Infektion zu erreichen.
Außerdem ist es gelungen, die qPCR als aussagekräftige Nachweismethode zu etablieren. Im Weiteren wurde das Donorensortiment mittels 50K Illumina infinium Chip getestet und eine genomweite Assoziationsstudie (GWAS) durchgeführt. In dieser wurden 9 signifikante Marker ermittelt, die im Laufe des Projekts validiert werden sollen, um sie in Zukunft für eine effizientere Selektion nutzen zu können. Vier Marker wurden auf dem Chromosom 3H detektiert und fünf auf Chromosom 7H. Es ist davon auszugehen, dass die Marker des Chromosoms 3H das Resistenzgen Un6 repräsentieren, da das Gen in einer Publikation von Menzies et al. (2010) dort lokalisiert wurde. Für die Marker auf dem Chromosom 7H lässt sich vermuten, dass diese eine bisher noch nicht bekannte Resistenzquelle aufzeigen. Abschließende Ergebnisse werden im März 2021 erwartet.
Zur gezielten Untersuchung des Infektionsverlaufs wurden bereits 10 Linien mit unterschiedlichen Resistenzquellen angezogen und infiziert. Nach erfolgter Blattprobennahme schließt sich die qPCR an. Es werden jeweils drei Knoten und zwei Blätter in drei Wiederholungen untersucht. Die Ergebnisse der Untersuchung werden im September 2020 erwartet.
Außerdem werden im weiteren Verlauf verschiedene DH-Populationen aus Kreuzungen einer anfälligen Sorte mit diversen Resistenzdonoren im Gewächshaus getestet. Die Ergebnisse liegen voraussichtlich im Januar 2021 vor.
(Quelle: Menzies JG, Steffenson BJ, Kleinhofs A (2010) A resistance gene to Ustilago nuda in barley is located on chromosome 3H. Can J Plant Pathol 32:247–251)
Projektinformationen:
Projektleitung: Dr. Markus Herz, Züchtungsforschung Winter- und Sommergerste/IPZ 2b
Projektbearbeitung: Magdalena Hanusch, Annika Ebbighausen, Züchtungsforschung Winter- und Sommergerste/IPZ 2b
Genehmigte Laufzeit: 01.04.2017 – 31.03.2021
Finanzierung: BÖLN- Bundesprogramm Ökologischer Landbau und andere Formen nachhaltiger Landwirtschaft
Förderkennzeichen: 2815OE063