Forschungs- und Innovationsprojekt
Präzisionszüchtung für Hopfen

Mit der Präzisionszüchtung soll der deutschen Hopfenzüchtung ein innovatives Werkzeug bereitgestellt werden, das den traditionellen Selektionsvorgang ergänzt. In Kombination mit dieser neuen genombasierten Technik können neue hochwertige und robuste Sorten der Hopfen- und Brauwirtschaft schneller und effizienter zur Verfügung gestellt werden.

Zielsetzung

In diesem Forschungsvorhaben werden die Voraussetzungen für die Nutzung der genombasierten Selektion bei der Auswahl der Kreuzungseltern wie auch bei der Bewertung der Nachkommen einer Kreuzung erarbeitet. Durch diese Selektion basierend auf molekularen Markern soll auch die Möglichkeit der Zuchtwertschätzung nicht nur bei weiblichen, sondern auch bei männlichen Hopfen geschaffen werden. Dies ist ein entscheidender Fortschritt, weil bislang männliche Hopfen wegen des Fehlens von Dolden hinsichtlich Ertrag und Brauqualität nicht direkt beurteilt werden konnten und so ihr Wert als Kreuzungspartner stets im Unklaren blieb.

Vorgehensweise

An einem diversen Referenzsortiment werden zum einen Resistenzen, agronomische Leistungsmerkmale und Doldeninhaltsstoffe (= Phänotyp) erfasst. Zum anderen werden alle Hopfen genotypisiert, d.h. deren Erbmaterial wird sequenziert und damit die „Buchstaben“-Abfolge der DNA bestimmt. Durch ein biostatistisches Verfahren, die sog. Assoziationskartierung, werden die DNA-Abschnitte (molekulare Marker) mit den verschiedenen phänotypischen Eigenschaften verknüpft und so Marker-Merkmals-Beziehungen erkannt. Aufgrund der am Referenzsortiment bestimmten Verknüpfungen von genetischen Markern mit züchtungsrelevanten Merkmalen wird ein Vorhersagemodell entwickelt, das bei neuen Selektionskandidaten ermöglicht, alleine anhand der genetischen Daten (= Genotyp) auf deren phänotypische Eigenschaften zu schließen.

Ziel ist die genombasierte Selektion neuer Hochalphasorten in Kooperation mit der Hopfen- und Brauwirtschaft.

Entwicklung eines Modells für die Zuchtwertabschätzung über Assoziationskartierung und Entwicklung molekularer Marker für Bittersäuren mit dem Ziel der genombasierten Züchtung neuer Hochalphasorten

Entwicklung eines Modells für die Zuchtwertabschätzung über Assoziationskartierung und molekularer Marker für Bittersäuren mit dem Ziel der genomanalytischen basierten Entwicklung neuer Hochalphasorten.

Phase 1: Juli 2015 – März 2017
Optimierung der Hopfenzüchtung mit Genom- und Metabolitenanalyse

In einer Kooperation zwischen der LfL, der Universität Hohenheim (UHOH) und dem Max-Planck-Institut für Entwicklungsbiologie (MPI) wurden die ersten Arbeiten durchgeführt, um künftig die Präzisionszüchtung bei Hopfen nutzen zu können:

  • Erstellung einer Kartierungspopulation
  • Hochdurchsatz-Genotypisierung des Referenzhopfensortiments und der Kartierungspopulation sowie bioinformatische Verrechnung der molekularen Daten
  • Entwicklung einer genetischen Karte mit genomweiten Markern (Abschluss Mitte 2018)
  • Phänotypisierung des Referenzsortiments: Erhebung der Daten zu Resistenzen, agronomischen Leistungsmerkmalen und Doldeninhaltsstoffen an verschiedenen Standorten und Jahren; Bereitstellung historischer Daten z.T. bis in die 1990er Jahre
Bei der Kreuzung für die Ausgangspopulation wurde die Bestäubung der weiblichen Blüten in einem Bestäubungsbeutel durchgeführt. So konnte eine Fremdbestäubung verhindert werden.

Bestäubung der weiblichen Blüten in einem Bestäubungsbeutel

Bei der Kreuzung für die Ausgangspopulation wurde die Bestäubung der weiblichen Blüten in einem Bestäubungsbeutel durchgeführt. So konnte eine Fremdbestäubung verhindert werden.
Projektinformation
Projektleitung Gesamt: Dr. M.H. Hagemann, Universität Hohenheim
Projektleitung LfL: Dr. E. Seigner, Bayerische Landesanstalt für Landwirtschaft, IPZ

Projektbearbeitung:
LfL, Institut für Pflanzenbau und Pflanzenzüchtung:
AG Züchtungsforschung Hopfen: Dr. E. Seigner, A. Lutz, J. Kneidl, D. Ismann und Züchtungsteam
AG Hopfenqualität/Hopfenanalytik: Dr. K. Kammhuber, C. Petzina, B. Wyschkon, M. Hainzlmaier und S. Weihrauch
AG Genom-orientierte Züchtungsmethodik: Prof. Dr. V. Mohler
AG Züchtungsforschung Weizen und Hafer: Dr. T. Albrecht

Universität Hohenheim:
FG Ertragsphysiologie der Sonderkulturen: Dr. M. H. Hagemann, Prof. Dr. J. Wünsche
FG Biostatistik: Prof. Dr. H.P. Piepho, Dr. J. Möhring
Forschungszentrum für Bioökonomie: S. Braun

Pflanzenbiotechnologie und Molekularbiologie: Prof. Dr. G. Weber
Max-Planck-Institut für Entwicklungsbiologie: Prof. Dr. D. Weigel

Laufzeit: 01.07.2015 – 31.03.2017

Förderung:
Bayerisches Staatsministerium für Ernährung, Landwirtschaft und Forsten
Ministerium für Ländlichen Raum und Verbraucherschutz, Baden-Württemberg
Hopfenpflanzerverband Tettnang; Erzeugergemeinschaft Hopfen HVG e.G.
Wissenschaftsförderung der Deutschen Brauwirtschaft e.V.

Förderkennzeichen: A/15/20 und R444
Logos der fördernden Institutionen in Phase 1

Logos der fördernden Institutionen in Phase 1

Phase 2: August 2017 – Juli 2020
Genombasierte Präzisionszüchtung für zukunftsweisende Qualitätshopfen

Das Forschungsvorhaben zur Entwicklung und Etablierung der Präzisionszüchtung für Hopfen wird von der LfL gemeinsam mit der Universität Hohenheim (UHOH) sowie der Gesellschaft für Hopfenforschung (GfH) und der Hopfenverwertungsgenossenschaft (HVG) als weitere Verbundpartner mit folgenden Arbeiten fortgeführt:

  • Fortsetzung der Phänotypisierung des Referenzsortiments
  • Molekulare Studien zur Bittersäuresynthese und deren Regulation
  • Assoziationskartierung: biostatistische Verknüpfung der phänotypischen (Resistenzen, agronomische Leistungsmerkmale, Doldeninhaltstoffe) mit den genotypischen Daten des Referenzhopfensortiments zum Erkennen von einfachen bzw. komplexen Marker-Merkmals-Beziehungen
  • Entwicklung eines Vorhersagemodells zur Abschätzung des Zuchtwerts (genomische Selektion)

Phase 3: ab 2019
Genombasierte Selektion neuer Hochalphasorten in Kooperation mit der Hopfen- und Brauwirtschaft

Die verschiedenen Stufen in der Entstehung einer Hopfensorte von der Hopfenbonitur über Brauversuche, Großflächenanbau bis zur Sortenzulassung

Kandidaten mit einem hohen genomischen Zuchtwert werden von der GfH und der HVG in Brauversuchen auf ihre Bitterqualität getestet. Diese werden von der GfH für Großflächenversuche frei gegeben und nach mehrjährigem Anbau kann über eine mögliche Sortenzulassung entschieden werden.
Projektinformation
Projektleitung Gesamt: Dr. M.H. Hagemann, Universität Hohenheim
Projektleitung LfL: Dr. E. Seigner, Bayerische Landesanstalt für Landwirtschaft, IPZ

Projektbearbeitung:
AG Züchtungsforschung Hopfen: Dr. E. Seigner, A. Lutz, J. Kneidl, D. Ismann und Züchtungsteam
AG Hopfenqualität/Hopfenanalytik: Dr. K. Kammhuber, C. Petzina, B. Wyschkon, M. Hainzlmaier und S. Weihrauch
AG Genom-orientierte Züchtungsmethodik: Prof. Dr. V. Mohler
AG Züchtungsforschung Weizen und Hafer: Dr. T. Albrecht

Projektpartner:
Universität Hohenheim, Institut für Nutzpflanzenwissenschaften, FG Ertragsphysiologie der Sonderkulturen: Dr. M. H. Hagemann, Prof. Dr. J. Wünsche
Institut für Pflanzenzüchtung, Saatgutforschung und Populationsgenetik: Prof. Dr. G. Weber em.
Gesellschaft für Hopfenforschung e.V.: W. König
Hopfenverwertungsgenossenschaft HVG e.G.: Dr. E. Lehmair

Laufzeit: 01.08.2017-31.07.2020

Förderung:
Die Förderung erfolgt aus Mitteln des Zweckvermögens des Bundes bei der Landwirtschaftlichen Rentenbank
Förderkennzeichen der Landwirtschaftlichen Rentenbank: 837 150 (BLE Aktenzeichen: 28RZ4IP025)
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