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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

Pre-breeding

Die Anpassung unserer Kulturpflanzen an künftige Herausforderungen durch Anreicherung ihrer genetischen Diversität hängt davon ab, wie gut es gelingt, die Brücke zwischen pflanzengenetischen Ressourcen und aktuellen Kulturpflanzensorten zu schlagen.

Pflanzengenetische Ressourcen – etwa alte Landsorten einer Kulturart oder mit ihr verwandte Wildarten – enthalten potenziell wertvolle Genvarianten, sind aber meist per se nicht anbauwürdig, weil sie von aktuellen Sorten oft durch viele Jahrzehnte intensiver Züchtungsarbeit getrennt sind. Diese Lücke gilt es durch Prebreeding zu schließen. Prebreeding-Aktivitäten sind methodisch aufwändig. Sie benötigen lange Zeiträume und ihre Erfolgsaussichten sind zu Beginn oft schwer abschätzbar. Pre-breeding liegt im vorwettbewerblichen Raum der Pflanzenzüchtung. Ziel dabei ist nicht die Nutzung genetischer Vielfalt im Rahmen der Sortenzüchtung, sondern ihre Erschließung und Vorbereitung für eine züchterische Nutzung.

Wir greifen genetische Vielfalt auf und erzeugen mit ihr genetisch erweitertes, züchterisch teiladaptiertes Pflanzenmaterial. Damit demonstrieren wir das Nutzungspotential pflanzengenetischer Vielfalt und die Bedeutung, die ihr für die Sicherung unserer Lebensgrundlagen zukommt.

Der sekundäre Genpool der Gerste – von der Wildart zur wertvollen Zuchtlinie

Test auf Zwergrost-Resistenz bei Gerste an Blattsegmenten von 10 Pflanzen

Die Wildgerste Hordeum bulbosum stellt eine wertvolle, in der Praxis bislang kaum genutzte genetische Ressource für die züchterische Verbesserung der Kulturgerste (H. vulgare) dar. Der Genpool von H. bulbosum bietet neue Resistenzgene gegen wichtige Krankheiten und Schädlinge der Gerste.  Gerste ist in Deutschland nach dem Weizen die zweitwichtigste Getreideart, mit einer Anbaufläche in 2016 von 1,618 Mio. ha. Die zu erzielenden Erträge werden durch eine Reihe von Pflanzenkrankheiten und Schädlingen bedroht, darunter solche, die vom Klimawandel profitieren oder die mit chemischen Pflanzenschutzmitteln kaum ökologisch vertretbar zu bekämpfen sind. Bodenbürtige Gelbmosaikviren, durch Blattläuse übertragbare Gelbverzwergungsviren und Pilzkrankheiten wie der Zwergrost gehören hierzu. Die Wildart H. bulbosum ist evolutionsgeschichtlich bereits ein Stück weit von unserer Kulturgerste entfernt. Sie bildet daher den so genannten "sekundären" Genpool der Gerste, der im Vergleich zum primären Genpool (Landsorten und moderne Sorten der Kulturgerste und eine mit ihr näher verwandte Unterart) züchterisch schwieriger zu handhaben ist.

Damit der sekundäre Genpool Eingang in die Gerstezüchtung finden kann, müssen ungünstige Genomabschnitte, die zusammen mit dem jeweiligen Ziel-Gen vom Wildart-Kreuzungselter in die Kulturgerste eingekreuzt wurden, zuvor durch natürliche Rekombination verkleinert oder ganz eliminiert werden. Um Nachkommen mit rekombinativ verkleinerten Introgressionen erkennen zu können, setzen wir molekulare Marker ein. Mit unserem forschungsbasierten Prebreeding machen wir, in Zusammenarbeit mit Pflanzenzüchtern, neue, hochwirksame Resistenzgene gegen Viren (BaMMV, BaYMV, BYDV) und Pilzkrankeiten (Mehltau, Zwergrost, Rhynchosporium) aus dem wertvollen Genreservoir von H. bulbosum für die Entwicklung widerstandsfähiger Gerstesorten nutzbar.

Kontakt:
Dr. Brigitte Ruge-Wehling

Pre-breeding für nachhaltigen Haferanbau

Resistenzquellen AVE2406 und AVE 2925 nebeneinander im Vergleich zum Saathafer (rechte und linke Doppelreihe)

Saathafer (Avena sativa) ist eine Kulturpflanze mit langer Tradition als Futterpflanze für Pferde. In Folge der Mechanisierung in Verkehr und Landwirtschaft hat der Hafer während der vergangenen hundert Jahre zwar kontinuierlich an Bedeutung und Anbaufläche (2016: 115 000 ha in Deutschland) verloren; dank ihrer ernährungsphysiologischen Vorteile für die menschliche Ernährung werden Haferprodukte aber mittlerweile zunehmend von der Lebensmittelwirtschaft nachgefragt. Hafer wird zudem nach dem Verzicht auf das Schnabelkürzen auch für die deutschen Hennenhalter interessant, um die Tiere bei der Futteraufnahme zu beschäftigen. Hafer ist eine "Gesundungsfrucht", die nicht nur die Infektionszyklen von Getreidekrankheiten wie Halmbruch und Schwarzbeinigkeit unterbricht, sondern auch den Ackerfuchsschwanz unter Kontrolle halten und somit als agrarökologisch wertvolles Fruchtfolgeglied einen Beitrag zu einem ausgewogenen, nachhaltigen Ackerbau leisten kann.

Unsere langfristig angelegten Prebreeding-Anstrengungen sollen dazu beitragen, dieser wertvollen Kulturpflanze eine Zukunft in der deutschen Landwirtschaft zu sichern. Dabei fokussieren wir uns auf Resistenzen gegenüber wirtschaftlich relevanten Schaderregern, ohne indes die agronomischen und qualitätsbestimmenden Merkmale wie Standfestigkeit, Kornertrag, Hektolitergewicht und Spelzengehalt aus dem Blick zu verlieren.

Pilzliche Schaderreger wie Fusarium, Flugbrand (Ustilago avenae) oder Echter Mehltau (Blumeria graminis) spielen eine wichtige Rolle im ökologischen und konventionellen Anbau von Hafer. Resistenz gegen Mehltau wird in Deutschland seit den 1980er Jahren züchterisch bearbeitet und hat zu einer Reihe widerstandsfähiger Sorten geführt, die zunehmend das Sortiment dominieren. Eine Erfolgsgeschichte wird gegenwärtig mit der Wildart A. eriantha CAV0128 als Resistenzquelle geschrieben. Die ersten Kreuzungen dieser Resistenzquelle mit Saathafer wurden 1980 am damaligen Institut für Züchtungsforschung in Quedlinburg vorgenommen; 10 Jahre später wurden die ersten hexaploiden Saathaferstämme mit der Mehltauresistenz mehrortig agronomisch geprüft. Weitere 18 Jahre später wurde die erste Hafer-Sorte  – 'Canyon' – mit der als Pm7 bezeichneten Resistenz aus A. eriantha vom Bundessortenamt zugelassen. Im Jahr 2017 sind weitere vier neue Sorten mit diesem Resistenzgen zugelassen, welches auch unter extrem hohen Infektionsdruck einen stabilen Schutz bietet. Dies zeigt, dass Züchtungsforschung und Züchtung unter Rückgriff auf pflanzengenetische Ressourcen einen wesentlichen Beitrag zu einem nachhaltigen Ackerbau leisten können, wenn die Langfristigkeit solcher Anstrengungen gegeben ist.

Die Dauerhaftigkeit der Resistenz hängt sehr vom Anbauumfang der Sorten und der davon abhängigen Intensität der natürlichen Selektion virulenter Erregerrassen innerhalb der Pathogenpopulation ab. In unseren Forschungsarbeiten legen wir deshalb den Schwerpunkt auf solche pflanzengenetischen Ressourcen, die bislang noch nicht als Resistenzquellen in der Sortenzüchtung genutzt werden. Zu diesen Resistenzquellen gehören die Wildhafer-Arten A. macrostachya, A. occidentalis CAV3889, A. strigosa AVE488 sowie A. byzantina AVE2406 und AVE 2925. Mit diesen Resistenzquellen führen wir gegenwärtig Rückkreuzungsprogramme durch, um agronomisch unerwünschte Eigenschaften, die zusammen mit den Resistenzgenen aus den Wildarten in den Saathafer übertragen werden, schrittweise zu eliminieren und dadurch diese Resistenzressourcen "inwertzusetzen".

Kontakt:
Dr. Matthias Herrmann

Entwicklung von Phytophthora-resistentem Zuchtmaterial für den ökologischen Kartoffelbau

Krautfäule-Befall an Kartoffelpflanzen, verursacht durch Phytophthora infestans

Durch die Vernetzung von Forschungseinrichtungen mit kartoffelproduzierenden Biobetrieben und Kartoffelzüchtern wurde eine gezielte Züchtung von gesunden, leistungsfähigen und wohlschmeckenden Kartoffelsorten für den ökologischen Anbau in Deutschland initiiert, die zu einer Reduktion des Kupfereinsatzes im ökologischen Kartoffelanbau beitragen kann. Mit Hilfe genetischer Ressourcen lassen sich sowohl die Krautfäule-Resistenz als auch die Ertragsstabilität weiter verbessern. Erste Prebreeding-Stämme der Kartoffel weisen ein entsprechendes Leistungspotenzial auf.

Im Vergleich zum konventionellen Anbau steht der ökologische Landbau mit seinen sehr eingeschränkten Möglichkeiten bei der Nutzung von Pflanzenschutzmitteln vor einer weitaus größeren Herausforderung, sich an neue Schaderreger und ständig verändernde Umweltbedingungen anzupassen. Noch immer ist der Befall und die hohe Sortenanfälligkeit gegenüber der Kraut- und Knollenfäule (Phytophthora infestans (Mont.) de Bary) einer der ertraglich limitierenden Faktoren im ökologischen Produktionssystem. Wir arbeiten an der Bereitstellung von resistentem Ausgangsmaterial für die Kartoffelzüchtung, um dem Schadpotenzial dieses Erregers auf natürliche Weise entgegenzuwirken. Dabei wird in speziellen Kreuzungsprogrammen neues Ausgangsmaterial erzeugt, das verbesserte Resistenz- und Qualitätseigenschaften aufweist. Die Selektion dieser Neukombinationen erfolgt auf der Grundlage mehrortiger und mehrjähriger Feld- und Laboruntersuchungen. Parallel dazu wird der Kartoffel-Genpool durch moderne molekulare Analysemethoden charakterisiert. Dabei werden molekulare Marker identifiziert, die mit wertvollen Eigenschaften einzelner Zuchtklone assoziiert sind. Durch diese Marker wird eine präzise und effektive Auswahl von Neukombinationen durch markergestützte Selektion bereits im Sämlingsstadium ermöglicht.