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Julius Kühn-Institut (JKI)
Bundesforschungsinstitut für Kulturpflanzen

Institutsleitung
Dr. Peter Wehling

Adresse
Groß Lüsewitz
Rudolf-Schick-Platz 3a
18190 Sanitz OT Groß Lüsewitz

Sekretärin
Annett Sitte
Tel: 038209 45-200
Fax: 038209 45-222
zl@  julius-kuehn.  de

Adresse
Erwin-Baur-Str. 27
06484 Quedlinburg
Tel: 03946 47-701
Fax: 03946 47-255
zl@  julius-kuehn.  de

Veröffentlichung
Institutsflyer
Broschüre

Genetik wertvoller Eigenschaften

Ob und auf welche Weise ein wertvolles Merkmal aus einer pflanzengenetischen Ressource Eingang in die Züchtung von Kulturpflanzen finden kann, hängt in wesentlichem Maße von seiner Vererbung ab. Die genetische Analyse der Variation eines Merkmals ist daher ein elementarer Schritt, wenn es darum geht, die pflanzengenetische Vielfalt für die Züchtung verbesserter Kulturpflanzen zu erschließen.

Auf welche Weise das bioökonomische Potenzial pflanzengenetischer Ressourcen gehoben werden kann, hängt entscheidend von der Genetik der betreffenden Eigenschaften ab. Die Anzahl der Gene, von denen eine interessante Eigenschaft in der Kulturpflanze kontrolliert wird, die dominante oder rezessive Wirkung dieser Gene und die individuellen Beiträge, die sie zur Merkmalsausprägung leisten, ihre schnelle Erfassbarkeit über molekulare Marker, ihre Lage im Pflanzengenom relativ zu züchterisch unerwünschten Merkmalsgenen – diese und weitere Aspekte bestimmen darüber, ob und mit welchen züchterischen Strategien solche Genvarianten aus pflanzengenetischen Ressourcen für die weitere Verbesserung unserer Kulturpflanzen genutzt werden können.

Genetisch definierte Resistenz gegen die Anthraknose für einen nachhaltigen Anbau von Schmalblättriger Lupine

Provokationsversuch an der Schmalblättrigen Lupine unter hohem Anthraknose-Infektionsdruck

Die Schmalblättrige Lupine, auch als Blaue Lupine bekannt, ist dank ihres hohen Proteingehaltes sowie ihrer vielfältigen Öko-systemleistungen eine potenziell interessante Eiweißpflanze. Sie hat eine hohe Vorfruchtwirkung und kann die landwirtschaftlichen Fruchtfolgen bereichern. In den letzten Jahren hat sich, neben der klassischen Verwendung in der Tierfütterung, die Verwendung des hochwertigen Samenproteins im Lebensmittelsektor deutlich entwickelt. Im Vergleich zur Weißen Lupine und Gelben Lupine gilt die Schmalblättrige Lupine zwar als widerstandsfähiger gegenüber dem pilzlichen Krankheitserreger Colletotrichum lupini, der die potenziell desaströse Anthraknose-Krankheit verursacht; aber für eine nachhaltige Verwendung der ökologisch und ernährungsphysiologisch wertvollen Hülsenfrucht ist die Identifizierung genetisch bedingter Resistenzen unabdingbar.

Provokationsversuch an Schmalblättriger Lupine mit Colletotrichum lupini (anfällige Sorte ‚Arabella‘)
Provokationsversuch an Schmalblättriger Lupine mit Colletotrichum lupini (resistenter Zuchtstamm Bo7212)

Wir durchforsten daher genetische Ressourcen der Schmalblättrigen Lupine nach wirksamen Resistenzgenen. Dazu testen wir Genbank- und Zuchtmaterial über mehrere Jahre an verschiedenen Versuchsstandorten unter künstlich erhöhtem Infektionsdruck. Ein Ergebnis dieser so genannten Provokationsversuche ist die Identifizierung eines dominant ausgeprägten Resistenzgens, welches wir LanrBo genannt haben. Mit Hilfe bereits bekannter molekularer Marker konnten wir dieses Gen einem bestimmten chromosomalen Bereich im Genom der Schmalblättrigen Lupine zuordnen. Auf der Grundlage von neu erarbeiteten Transkriptomdaten und der verfügbaren Genomsequenz-Information aus der australischen Sorte ‚Tanjil‘ konnten wir weitere molekulare Marker entwickeln, die eng mit LanrBo gekoppelt und für eine markergestützte Selektion in Zuchtprogrammen geeignet sind. Das neue Resistenzgen LanrBo wird zur Zeit markergestützt mit dem bereits zuvor bekannten dominanten Gen Lanr1 aus der Sorte ‚Tanjil‘ kombiniert. Linien mit mehrfacher Resistenz gegen die Anthraknose werden dann mit neuen ertragreichen Wuchstypen gekreuzt, um Prebreeding-Material für die Züchtung verbesserter Sorten bereitzustellen.

Kontakt:

Dr. Brigitte Ruge-Wehling
Kristin Fischer

Erstmalig Anthraknoseresistenz in der Gelben Lupine entdeckt und genetisch aufgeklärt

Gewächshaus-Resistenztest von Gelben Lupinen. Anfällige Pflanzen mit eingedrehtem Hauptrieb (links), resistente, symptomfreie Pflanzen (rechts), zwei Wochen nach Inokulation der Pflanzen mit Colletotrichum lupini
Freilandresistenztest von Gelben Lupine im Feld. Infektionsstreifen mit der anfälligen – und stark befallenen – Sorte 'Amiga' (Weiße Lupine, Vordergrund links); rechts zum Vergleich die resistente Gelblupinensorte 'Taper'

Unter den landwirtschaftlich genutzten Lupinen trumpft die Gelbe Lupine (Lupinus luteus) mit den höchsten Eiweißgehalten im Samenkorn und mit einer Anbaueignung noch auf leichtesten Böden auf. Leider sind die bis dato hierzulande angebauten Sorten von Gelber Lupine sehr anfällig gegenüber der Brennfleckenkrankheit (Anthraknose), weshalb der Anbau dieser potenziell wertvollen Lupinenart in Deutschland praktisch zum Erliegen gekommen ist.

Wir erforschen, ob in genetischen Ressourcen der Gelben Lupine züchterisch nutzbare Resistenzen gegen die Anthraknose vorhanden sind. Hierzu führen wir mit einer speziellen Vorgehensweise, die dem Anthraknose-Erreger optimale Bedingungen für die Infektion der Testpflanzen bieten, Resistenztests im  Gewächshaus durch. Im Rahmen dieser Tests erwiesen sich die polnischen Sorten ‚Taper‘ und ‚Legat‘ als symptomfrei. Dreijährige Feldversuche am JKI-Versuchsstandort Groß Lüsewitz bestätigten ein hohes Resistenzniveau der Sorte 'Taper'. Die Vererbunganalyse ergab, dass die Resistenz in 'Taper' von einem dominant ausgeprägten Gen kontrolliert wird. Aktuell werden auf Grundlage von Transkriptomanalysen (Massive Analysis of cDNA Ends, MACE) molekulare Marker entwickelt, mit deren Hilfe das neue Resistenzgen Eingang in Züchtungsprogramme zur Züchtung anthraknoseresistenter Gelber Lupine finden soll.

Kontakt:
Dr. Brigitte Ruge-Wehling
Kristin Fischer

Aufklärung der molekulargenetischen Grundlagen eines Kurzstrohgens bei Roggen

Roggen ist ein sehr widerstandsfähiges und tolerantes Getreide und besitzt Potenzial für eine „Low-input“-Landwirtschaft
Bestäubungslenkung bei Roggen

Der Anbau von Roggen bietet Lösungsansätze zum Erhalt der Agrobiodiversität  und zur Vielfalt unserer Fruchtfolgen und Agrarlandschaften. Damit der Roggen auch auf den etwas besseren Standorten als risikoarm zu führende Getreideart konkurrenzfähig bleibt und in unseren Fruchtfolgen langfristig einen Platz haben kann, ist er wie alle anderen Kulturpflanzen auf eine stetige züchterische Entwicklung angewiesen. Eine Möglichkeit für diese Aufgabe bietet die Optimierung der Relation des Kornertrags zum Strohertrag.

Bei Weizen und Reis konnte das Ertragspotenzial durch Sorten mit einem reduzierten Längenwachstum vervielfacht werden, weil ein genetisch determiniertes Längenwachstum zu einer Umverteilung von Trockenmasse zugunsten des Korns führt. Bahnbrechende Arbeiten hierzu
leistete Norman E. Borlaug. 

Bei Roggen ist das Verhältnis von Kornertrag zu Gesamtbiomasseertrag hingegen noch nicht auf einem vergleichbar hohen Niveau. Zur Vermeidung von Lager und Absicherung des Kornertrages kommt gegenwärtig dem Einsatz von Wachstumsreglern im Anbau von Roggen große Bedeutung zu. Eine bislang nicht genutzte, natürlich vorkommende Genvariante aus einer pflanzengenetischen Ressource des Roggens beeinflusst die Halmlänge genetisch und führt ohne den Einsatz synthetischer Wachstumsregulatoren zu einem verkürztem Wachstum des Halmes. Damit diese wertvolle Genvariante züchterisch effizient genutzt werden kann, sind umfangreiche genetische Analysen erforderlich.

Eine zuverlässige Bestäubungslenkung besitzt zentrale Bedeutung für die züchterische Verbesserung des offenblütigen Roggens. So erfordert beispielsweise die genetische Analyse des Kurzstrohgens erheblichen manuellen Aufwand beim Setzen von Isolationstüten zur Entwicklung von kurz- und normalstrohigen Inzuchtlinien.

Kontakt:
Dr. Bernd Hackauf