Inhalt: Kompetenzschwerpunkt Züchtungsforschung in der Familie Apiaceae
Die Familie Apiaceae hat einen Verbreitungsschwerpunkt in den gemäßigten Gebieten der nördlichen Hemisphäre als Steppen-, Sumpf-, Wiesen- und Waldpflanzen mit etwa 430 Gattungen und weit über 3700 Arten, von denen mindestens 200 weltweit als Gemüse-, Arznei-, Gewürz- oder Zierpflanzen genutzt werden. Der Gehalt an ätherischen Ölen und Carotinoiden ist ausschlaggebend für die ökonomische Bedeutung vieler als Arznei- und Gewürzpflanze aber auch als Gemüse genutzter Arten. Die Möhre (Daucus carota) gehört mit ca. 1,5 Mio. ha Anbaufläche und einem Produktionsumfang von ca. 34 Mio. t unter die Top Ten der weltweiten Gemüseproduktion. In Deutschland wird die Möhre auf ca. 10.000 ha angebaut. Anbauumfänge liegen bei Sellerie (Apium graveolens) bei ca. 2.000 ha, Gemüsefenchel (Foeniculum vulgare var. azoricum) bei ca. 450 ha, Petersilie (Petroselinum crispum) bei ca. 1.800 ha, Dill (Anethum graveolens) bei ca. 560 ha, Bitterfenchel (Foeniculum vulgare ssp. vulgare var. vulgare) bei ca. 430 ha und Kümmel (Carum carvi) bei ca. 280 ha.
Alle genannten Arten werden in Deutschland und international züchterisch bearbeitet, jedoch entsprechend der ökonomischen Bedeutung in unterschiedlicher Intensität. Analog ist auch die Züchtungsforschung bei vielen Arten stark limitiert, sodass sich für viele Züchter moderne Züchtungsmethoden bisher verschließen. Als Beispiel sei hier die Anwendung molekularer Marker genannt, die bisher nur von wenigen großen Züchtungsfirmen bei der Möhre eingesetzt werden.
Der Schwerpunkt Züchtungsforschung Apiaceae soll als methodisch-technologische Plattform fungieren, um projektübergreifend Kompetenzen aus verschiedenen Forschungsansätzen bei Apiaceae zu bündeln und Synergieeffekte zu nutzen. Darüber hinaus versteht sich dieser Schwerpunkt sowohl als aktiver Forschungspartner als auch als Mittler von externen und internationalen Forschungs- und Züchtungsinitiativen bei Apiaceae. Kernkompetenzen umfassen Strategien zur Evaluierung genetischer Ressourcen, Zuchtmethodik, klassischer und molekularer Genetik, Resistenzforschung sowie der Metabolom- und Genomanalytik. Hauptziel ist die schnelle Umsetzung von Ergebnissen der Grundlagen- und Züchtungsforschung in die Sortenzüchtung und den Anbau.
Evaluierung genetischer Ressourcen
Das Institut ZG des JKI deckt überwiegend Forschungsfelder ab, die zwischen dem globalen Management von pflanzengenetischen Ressourcen (PGR), z. B. Genbanken, Crop Wild Relative Trust, NGOs, Naturschutz auf der einen und der kommerziellen Pflanzenzüchtung und dem Anbau auf der anderen Seite liegen. Folgende Arten, einschließlich verwandter Wildarten, werden am Institut ZG in unterschiedlicher Intensität bearbeitet: Möhre, Petersilie, Sellerie, Kümmel und Fenchel.
Evaluiert werden:
- morphologische und agronomische Merkmale
- Inhaltsstoffprofile und Resistenzen
Zusammenarbeit mit Genbanken:
- Ex-situ-Genbank des Leibniz-Instituts für Pflanzengenetik und Kulturpflanzenforschugn (IPK), Gatersleben
www.genres.de/kultur-und-wildpflanzen/erhaltung/ex-situ-erhaltung/ - All-Russian N.I. Vavilov Institute of Plant Indutry (VIR), Sankt Petersburg
www.vir.nw.ru/ - Warwick Genetic Resources Unit School of Life Sciences, University of Warwick, Wellesbourne
www2.warwick.ac.uk/fac/sci/lifesci/wcc/gru/ - dezentrale Wildpflanzen-Genbank für Wildtypen von Kulturpflanzen der Freien Universität Berlin
www.bgbm.org/de/saatgutbank/wildpflanzen-genbank - Institut für Züchtungsforschung an landwirtschaftlichen Kulturen (ZL) des JKI
ZG stellt die nationalen Repräsentanten der Umbellifer Working Group des‚ ECPGR, www.ecpgr.cgiar.org/working-groups/umbellifer-crops und der Medicinal and Aromatic Plants Working Group des ECPGR www.ecpgr.cgiar.org/working-groups/medicinal-and-aromatic-plants/
Zuchtmethodik
Verschiedene Forschungsansätze konzentrieren sich auf den Komplex der generativen Entwicklungsphase von ausgewählten Apiaceae und schließen Fragestellungen zur Blühinduktion, Blütenmorphologie bis hin zur Befruchtungsbiologie und Samenentwicklung ein. Vor allem die Entwicklung von Systemen der Bestäubungslenkung über zytoplasmatisch bedingte männliche Sterilität (CMS) als züchterische Voraussetzung zur Entwicklung von Hybridsorten steht derzeit bei Möhre, Sellerie und Fenchel im Forschungsfokus (z. B. MADS-Box-Blütenentwicklungsgene, Zellkern-Mitochondrien Interaktion) (siehe auch Humboldt Universität zu Berlin, Institut für Biologie; https://www.biologie.hu-berlin.de/ und Universität Osnabrück, Bereich Biologie/Chemie. www.biologie.uni-osnabrueck.de/biologie.html
Molekulare Genetik und Genomanalyse
Themen der molekularen Züchtungsforschung, wie Distanzanalysen, genetische Kartierung, QTL- und Assoziationsstudien sowie der funktionellen Genomanalytik zielen auf die Entwicklung und Anwendung molekularer Marker für die markergestütze Selektion und die Evaluierung genetischer Ressourcen. Häufig ist die hierdurch charakterisierte intraspezifische Variabilität die erste umfassende Darstellung für die jeweilige Art.
Im Rahmen von molekular-zytogenetischen Arbeiten werden bei Möhre Mechanismen der Zentromer-vermittelten Genomeliminierung erforscht mit dem Ziel der Etablierung einer neuen Methode zur Produktion von DH-Linien Elternlinien für die Möhren-Hybridzüchtung.
Resistenzforschung
Zur Evaluierung und Erschließung genetischer Ressourcen werden reproduzierbare Resistenzprüf- und Selektionsmethoden entwickelt. Die Bearbeitung schließt die Untersuchung von Wirt-Parasit-Wechselwirkungen ein, wobei pilzliche Pathogene eine besondere Bedeutung haben. Die Suche nach neuen Resistenzquellen, ihre genetische Analyse und die phytopathologische Charakterisierung erfolgt bei den Pathosystemen:
Daucus carota - Alternaria dauci, A. radicina, A. alternata
Apium graveolens - Septoria apiicola
Petroselinum crispum - S. petroselini, Plasmopara petroselini, A. radicina, Erysiphe heraclei, Fusarium oxysporum und Celery mosaic virus (CeMV)
Foeniculum vulgare - Mycosphaerella anethi (in Zusammenarbeit mit Institut für Epidemiologie und Pathogendiagnostik des JKI).
Metabolomanalysen
Die Aufklärung des genetischen Hintergrundes sekundärer Inhaltsstoffe verbunden mit ihrer chemischen Vielfalt setzen die intensive Zusammenarbeit mit Pflanzenanalytikern voraus. Die gemeinsam mit dem Institut für ökologische Chemie, Pflanzenanalytik und Vorratsschutz des JKI durchgeführten Evaluierungen erfordern regelmäßig die Adaptierung und Neuentwicklung von Analysemethoden, um mit geringen Probemengen (Einzelpflanzen) und großen Prüfgliedzahlen (High-Throughput-Screening) arbeiten zu können.
Neben deskriptiven Inhaltstoffanalysen bei Petersilie, Fenchel und Kümmel wird bei Möhre an der Kartierung und funktionellen Analyse von Genen des Terpen- und Lipoxygenasestoffwechsels gearbeitet. Ziel ist die Optimierung der jeweiligen Produktqualität sowie die Erfassung möglicher Wechselwirkungen zwischen sekundären Inhaltsstoffen und Resistenzen gegen Phytopathogene und Schädlinge (Möhrenfliege, Chamaepsila rosae, Institut für Pflanzenschutz in Gartenbau und Forst des JKI). Für Petersilie werden Zusammenhänge von Resistenz gegen S. petroselini und sensorischer Qualität charakterisiert und mit Ergebnissen holistischer Analysen aller flüchtigen sekundären Inhaltsstoffe in Beziehung gesetzt.