Genpoolanalysen von Mais und Soja für Bayern

Bunte Maiskolben drapiert zwischen Maispflanzen

Aufbau, genetische Analysen, und züchterische Umsetzung für Mais und Soja im Rahmen der Biodiversitätsstrategie und Eiweißinitiative Bayerns

Genetische Ressourcen sind neben Boden und Wasser die wichtigste Grundlage für Landwirtschaft und Ernährung, sie sind damit von höchster wirtschaftlicher wie ökologischer Bedeutung.

Hintergrund

Maislandsorten im Rahmen der „Biodiversitätsstrategie der Bayerischen Staatsregierung“

Das Wissen über die regionalen Maissorten Bayerns, insbesondere aber die genetischen Ressourcen (Saatgut) und damit adaptierte Zuchtmerkmale aus bayerischen Maislandsorten drohen endgültig verloren zu gehen. Der Restaurierung, genetischen Beschreibung und Weiterentwicklung dieses Genpools kommt deshalb eine große landwirtschaftliche Bedeutung zu und steht in Einklang mit der Biodiversitätsstrategie der Bayerischen Staatsregierung zur Sicherung der Arten- und Sortenvielfalt.

Biodiversitätsstrategie (StMUV) Externer Link

Soja im Rahmen der „Bayerische Eiweißinitiative“

Sojabohnenpflanze auf dem Acker
Der Sojaanbau hat demgegenüber in Bayern keine Tradition. Die wärmeliebende Sojabohne stößt in Deutschland jedoch nicht nur wegen der Versorgungssicherheit von GVO-freien Futtermitteln auf wachsendes Interesse, sie ist auch die Hülsenfrucht mit dem höchsten Eiweißgehalt bei bester Eiweißqualität aller anbauwürdigen Körnerleguminosen. Im Rahmen der Eiweißinitiative soll der Sojabohnenanbau in Bayern für die ökologische Erzeugung von hochwertigen Futter- und Nahrungsmitteln deutlich erweitert werden. Für den Anbau werden jedoch regional angepasste Sorten von hoher Qualität und besonderer Ertragssicherheit benötigt. Da das derzeit verfügbare Sortenspektrum für die kühleren Reifezonen deutlich zu gering ist, kommt einer Erweiterung der genetischen Diversität und damit der Züchtung hochwertiger, ertragsstabiler Sojabohnensorten für die frühen Reifegruppen ein besonderer Stellenwert zu.

Eiweiß - Bayerische Eiweißinitiative

Zielsetzung

Mittelbar erreichbares Ziel ist die züchterische Beschreibung und Entwicklung von regional adaptiertem Zuchtmaterial. Im Projekt sollen Genpoolaufbau, Beschreibung und Züchtung klassisch wie molekular Hand in Hand bis zur Abgabe von wertvollem Zuchtmaterial zielorientiert umgesetzt werden.

Material und Methoden

Mais

  1. Phänotypische und genetische Beschreibung der Landsorten-Sammlung, Dokumentation und Erhaltung
  2. Entwicklung und Nutzbarmachung neuer Populationen und Verbesserung der Bayerischen Landsorten
  3. Methodenentwicklung zur Beschreibbarkeit und effizienteren Selektion von Populationen

Soja

  1. Entwicklung eines Schnelltests zur Kreuzungskontrolle bei Soja mittels FTA-Karten
  2. Analyse der genetischen Diversität und Aufstellung eines Soja-Sortenpanels
  3. Entwicklung von Selektionsmarkern in Kandidatengenen für züchtungsrelevante Merkmale
  4. Assoziationsstudie zur Marker-Merkmals-Verknüpfung

Bisherige Ergebnisse

Mais

Beschreibung und Erhaltung
Körnermais ist weltweit eines der bedeutendsten Lebensmittel der Menschheit. Nach seiner Einführung in Europa um 1500 war Mais jahrhundertelang auch in Bayern fester Bestandteil des Speiseplans, vor allem für die ländliche Bevölkerung. In vielen umliegenden Ländern wie Frankreich, Schweiz, Italien, Ungarn, Polen, Tschechien und Österreich hat sich diese Esstradition erhalten - in Bayern allerdings nicht. Dadurch drohen die bayerischen ursprünglichen Sorten, die sich durch jahrhundertelange, bäuerliche Selektion an die Region adaptierten, und heute in Genbanken lagern, verloren zu gehen. Der genetische Wert dieser kulturhistorischen Ressourcen ist unschätzbar.

Sorteninformation Bayerische Maislandsorten pdf 255 KB

Entwicklung verbesserter Landsorten
Mit der vollständige Verdrängung der Landsorten durch die Einführung der Hybridsorten in Deutschland um 1960 ging der Verlust des offen abblühenden Sortentyps (Populationssorte) einher. Diese Sorten haben allerdings eine besondere Relevanz für Low-Input Systeme. Die genetische Heterogenität dieser Sorten ermöglicht eine größere Adaptionsfähigkeit an sich ändernde Umweltbedingungen, wie z.B. den Klimawandel. Es konnten mittlerweile drei Populationen und eine Landsorte zugelassen und somit zur Nutzung bereitgestellt werden (Tab.1). Die Populationen erzielten im Schnitt ein Ertragsniveau von über 80 % aktueller Hybride. Die verbesserten bayerischen Landsorten erreichten im Schnitt 60 % aktueller Hybride (siehe Diagramme).
Tab.1: Zugelassene offen abblühende Maispopulationen
Populationen/LandsortenHerkunftReifeKorntypZugelassenVertrieb
Weihenstephaner 120 Genotypen240-250FlintErhaltungssortenVOSativa Rheinau
Weihenstephaner 216 Genotypen240-250DentEU-ExperimentFarmsaat
Weihenstephaner 38 Genotypen230Flint/DentEU-ExperimentSativa Rheinau
AlpenfexLandsorte240FlintErhaltungssortenVOLfL
Darstellungen zu Erträgen (zum Vergrößern anklicken)
Säulendiagramm

Weihenstephaner 1

Säulendiagramm

Weihenstephaner 2

Säulendiagramm

Verbesserte Landsorten

Methodenentwicklung
Die markergestützte Selektion wurde am Merkmal Spindelfarbe 2015 und 2016 durchgeführt. Es wurde eine Maispopulation, in der sowohl rote wie auch nicht gefärbte Spindeln auftraten, mithilfe von Markern auf rote bzw. nicht gefärbte (weiße) Spindeln selektiert und im darauffolgenden Jahr überprüft. Es konnte gezeigt werden, dass eine markergestützte Selektion auf das monogene Merkmal Spindelfarbe innerhalb kurzer Zeit (2 Jahre) erfolgreich ist. 2017 sollen weitere monogene Merkmale hinzukommen, um die Beschreibbarkeit von heterogenen Populationen zur eindeutigen Identifizierung möglich zu machen.
Tab.2: Gegenüberstellung Eigenschaften Populationssorten und Hybridsorten
PopulationssortenHybridsorten
Frei abblühendgelenkte Bestäubung
kein bis geringer HeterosiseffektOptimierter Heterosiseffekt
dadurch ist eine deutliche Ertragssteigerung möglich
Pflanzen im Bestand sind geno- und phänotypisch verschiedenPflanzen im Bestand sind genetisch identisch und phänotypisch sehr homogen
Bestand und Ernteprodukt sind heterogen und diversBestand und Ernteprodukt sind homogen
Ein eindeutiger Sortentyp ist schwierig zu beschreibenKlare Beschreibbarkeit der Sorte
Hohe Anpassungsfähigkeit an sich ändernde UmweltbedingungenGeringere Diversität im Bestand und dadurch Gefahr des Komplettausfalls
Vermehrung durch Nachbau möglichNachbau ist nicht möglich, die Sorte spaltet auf

Soja

Kreuzungskontrolle
Zur Unterscheidung der Kreuzungseltern wurde ein Set von 40 Mikrosatelliten-Markern etabliert. Mit der FTA-Kartentechnik wurden alle Kreuzungsnachkommen sämtlicher Kreuzungen untersucht und es konnten die echten Kreuzungen von den Selbstungen zuverlässig unterschieden werden.

FTA-Technik und SSR-Anwendung (Kolloqiumsbeitrag 2015)

Genetische Diversität
Es wurde Genbank- und Sortenmaterial im Feld angebaut und eine Merkmalsbonitur für züchtungsrelevante Merkmale bei 200 Linien im Feld durchgeführt. Die genotypische Untersuchung erfolgte mit dem 6k Chip. Basierend auf 1,25 Mio. Datenpunkten wurde eine Stammbaumanalyse von 250 Sojalinien bestehend aus weltweitem Genbankmaterial (N=184) und aktuellem Sortenmaterial (N=66) der Reifegruppen MG0000 bis MGI durchgeführt. Die enge genetische Basis des derzeit verwendeten Sortenmaterials war deutlich zu erkennen. Zudem bietet das untersuchte Genbankmaterial großes Potential zur genetischen Erweiterung des aktuellen Elitematerials.
Markergestützte Selektion
Für das Merkmal Reife wurden molekulare Marker in vier verschiedenen Blühgenen etabliert, die derzeit im Genbank- und Sortenmaterial auf Diversität untersucht werden und in die Assoziationsstudie einfließen.

Kontakt
Dr. Barbara Eder
Tel.: 08161 71-4318
E-Mail: Barbara.Eder@lfl.bayern.de

Veröffentlichungen
Projektinformation
Laufzeit: 01.03.2014 - 31.10.2017
Kostenträger: Bayerisches Staatsministerium für Ernährung, Landwirtschaft und Forsten (StMELF)
Projektleitung: Dr. Joachim Eder, Institut für Pflanzenbau und Pflanzenzüchtung (IPZ)
Projektbearbeitung:
Mais: Dr. Barbara Eder, Institut für Pflanzenbau und Pflanzenzüchtung (IPZ),
Soja: Dr. Bianca Büttner, Institut für Pflanzenbau und Pflanzenzüchtung (IPZ),
Genetische Analysen: Dr. Grit Schwertfirm, Dr. Günther Schweizer
Förderkennzeichen: A/14/11

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