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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

SMART Breeding

Die Weitergabe einer interessanten Genvariante an die nächste Generation über die Ausprägung des betreffenden Merkmals nachzuvervolgen, kann sehr arbeits- und zeitaufwändig – und auch ungenau – sein.

Alternative, indirekte Ansätze erfassen Genvarianten mit molekularen, physiologischen oder biophysikalischen Methoden, die sich durch eine hohe Effizienz auszeichnen können. Während physiologisch oder biophysikalisch basierte Methoden wie die Nahinfrarotspektroskopie (NIRS) auf die Merkmalsebene zielen, bilden molekulare Marker die Variation auf der genetischen Ebene ab.
Molekulare Marker sind Bereiche der DNA, die eng benachbart zu der nachzuweisenden Genvariante liegen. Sie werden deshalb zusammen mit ihr an die Nachkommen vererbt. Diese Marker sind mit Hilfe der PCR schnell und präzise im Labor nachzuweisen, ohne das Merkmal direkt erfassen zu müssen. Molekulare Marker und andere aktuelle Methoden der pflanzlichen Genomforschung erlauben es, interessante Genvarianten schnell und genau zu erfassen und im Laufe des Züchtungsprozesses im Blick behalten. In Verbindung mit weiteren modernen Methoden entwickeln wir so genannte SMART-Breeding-Strategien (Selection with Markers and Advanced Reproductive Technologies) für die Selektion wertvoller Genvarianten aus der vorhandenen pflanzengenetischen Vielfalt.

Transkriptombasierte Markertechnologien ermöglichen die Kombination mehrerer Resistenzgene in einer Zuchtlinie von Lolium sp.

Test auf Schwarzrostresistenz bei Lolium perenne. Blattsegmente anfälliger (links) und resistenter (rechts) Pflanzen 12 Tage nach der Inokulation mit Puccinia graminis
Blick auf Weidelgras-Zuchtgarten mit Raureif

Weidelgräser (Lolium sp.) gehören zu den wirtschaftlich wichtigsten Futtergräsern in Europa. Verschiedene Krankheitserreger stellen eine massive Beeinträchtigung, sowohl für den reinen Masseertrag als auch für die Futterqualität der Weidelgräser, dar. Weiterhin hat ein Krankheitsbefall Auswirkungen auf die Saatgutproduktion, weil befallene Pflanzen nur unzureichend Samen ansetzen. Im Hinblick auf den zu erwartenen Klimawandel stehen dabei Resistenzen gegenüber Schwarzrost, Kronenrost und gegen die Bakterienwelke auf der Agenda. Unser Ziel ist es, Resistenzgene gegen verschiedene Schaderreger in Weidelgras-Zuchtlinien zu kombinieren bzw. Resistenzgene, die gegenüber verschiedenen Rassen eines gegebenen Schaderregers wirksam sind, zu pyramidisieren.

Die Basis dafür bilden molekulare Marker, die für eine markergestützte Selektion der betreffenden Resistenzgene eingesetzt werden können. Für die Entwicklung solcher Marker werden Next-Generation-Sequencing (NGS)-Techniken und bioinformatische Ansätze für große Datensätze genutzt, unter anderem die Massive Analysis of cDNA Ends (MACE) als hocheffektives, transkriptomweites Analyseverfahren für die Detektion von SNPs (single nucleotide polymorphism) und merkmalsspezifischen Transkripten. Die Kombination solcher NGS-Verfahren mit dem genetischen Ansatz der Bulked-Segregant-Analyse ermöglichte uns bereits die Entwicklung eines hocheffektiven und praxistauglichen molekularen Selektionsmarkers für das Schwarzrostresistenzgen LpPg1 in Lolium perenne, welcher direkt für die Züchtung resistenter Sorten eingesetzt werden kann.

Kontakt:
Dr. Brigitte Ruge-Wehling
Florian Haase

Markergestützte Präzisionserfassung eines dominanten Kurzstroh-Gens bei Roggen

Die Wirkung einer Genvariante für Kurzstrohigkeit (links) im Vergleich zu normalstrohigem Roggen (rechts) kann schon kurze Zeit nach der Aussaat beobachtet werden. Die für züchterische Zwecke wichtige Information, ob es sich um rein- oder mischerbig kurze Pflanzen handelt, kann mit Hilfe eines genetischen Fingerabdrucks (oben) beantwortet werden.

Damit ein wertvolles Kurzstrohgen in leistungsstarke Roggensorten eingeführt werden kann, ist eine aufwändige Einkreuzung in Zuchtmaterial erforderlich. Bei dieser züchterischen Arbeit werden neben der gewünschten Genvariante unweigerlich auch andere, unerwünschte Gene aus der exotischen Genressource in das Elitematerial überführt. Derartige Komplexe zwischen erwünschten und unerwünschten Merkmalsgenen können jedoch durch die in jeder Nachkommengeneration natürlich vorkommende Neuordnung ("Rekombination") des Erbgutes aufgebrochen werden. Allerdings tritt diese sogenannte Rekombination insbesondere zwischen eng benachbart liegenden Merkmalsgenen eher selten auf.

Im Rahmen der Deutschen Innovationspartnerschaft Agrar  entwickeln wir ein molekulares Diagnoseverfahren, mit dem das Erbgut umfangreicher Roggenbestände sehr effizient untersucht werden kann. Mit diesem modernen Verfahren ist es schon kurz nach der Aussaat möglich, von allen Kreuzungsnachkommen einen genetischen Fingerabdruck zu erstellen und solche Pflanzen schnell und zuverlässig zu identifizieren, die durch eine Rekombination im Bereich der wertvollen Genvariante charakterisiert sind. Die systematische Auswahl geeigneter Kreuzungspartner ist damit bereits im Labor möglich, so dass diese molekularen Präzisionswerkzeuge  zu einer Beschleunigung des Zuchtfortschritts beitragen.

Kontakt:
Dr. Bernd Hackauf