Validierung praxisrelevanter Marker für die Züchtung klimaangepasster und gesunder Gerstensorten

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1 Projektverbund Strategien zur Anpassung von Kulturpflanzen an den Klimawandel Validierung praxisrelevanter Marker für die Züchtung klimaangepasster und gesunder Gerstensorten Dr. Markus Herz Bayerische Landesanstalt für Landwirtschaft Institut für Pflanzenbau und Pflanzenzüchtung

2 Gliederung Problemstellung Vorarbeiten und Ziele Lösungsansatz 2

3 Kurze Wachstumszeit erhöht die Stressanfälligkeit Gerste als Modellgetreide Sommergerste Hafer Sommerweizen Sommerraps Körnermais Triticale Wintergerste Winterroggen Winterweizen Winterraps Tage von der Saat bis zur Ernte 3

4 Rohproteingehalt % Differenz der Behandlungen Viskosität Qualitätsstabilität unter Stress 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0-0,1-0,2-0,3 Differenz Natürlich Trocken Viskosität Änderung der Malzqualität unter Stress Sortenspezifische Änderung der Viskosität 13,0 12,5 12,0 11,5 11,0 Änderung der Malzqualität unter Stress Zunahme des Rohproteingehaltes Damit großer Einfluss auf Qualitätsmerkmale Quelle: LfL, IPZ 2b, 2013 bis ,5 10,0 Normal Rohprotein Stress 4

5 Simulation von Trockenstress Rain Out Shelter ROS 5

6 Sortenbeschreibung durch Ranglistendifferenz (RLD) Stressanfällig Stresstolerant G. Reichenberger, 2015 BayKlimaFit Gersten- Sortiment: Stresstolerante Genotypen Stressanfällige Genotypen R. Collo cygni/fusarium Anfällige 6

7 RLD ROS SPAD_ROS12 Blattbehandlung simuliert Trockenstress Kalium-Jodid führt zur Schließung der Spaltöffnungen. Stopp der Wasserverdunstung R² = 0, SPAD_ChD12 RLD Blattbehandlung RLD ROS und Blattbehandlung (ChD) positiv korreliert Blattbehandlung plausible Methode um Trockenstress zu simulieren 7

8 Züchtungsstrategien mit molekularen Markern DNA Marker Merkmal Vorteile der Marker gestützten Selektion: Selektion auf positive rezessive Allele. Unabhängig vom Umwelteinfluss. Aufwändige Feldversuche verringert. Unabhängig vom Entwicklungszustand der Pflanzen. Frühzeitige Selektion im Züchtungsgang. 8

9 Stop Validierung von Markern Vorarbeiten: Genfragmente untersucht. 107 Kandidatengene Davon auffällig bezüglich Trockenstress. unbekannt Signaltranduktion Transkriptionsfaktoren Transport Haupt-Zuckerstoffwechsel Kandidatengene. Enzyme Hormone/Jasmonat Zellorganisation Dehydrin/LEA 4 Hormone/ABA 4 Zellwand 3 biotischer Stress 2 Bewässerung Trockenstress Bewässerung metal-handling Photosystem 2 2 AS-Stoffwechsel 2 Proteinabbau 1 RNA Prozessierung 1 Hormone/Auxin-Response 1 Fettsäurestoffwechsel 1 Nucleotid- 1 T1 T2 T3 T4 T5 T6 T7 T8 Solexa-Sequenzierung (Blatt) 454 Sequenzierung (Blatt) Quelle: IPZ 1b, M. Diethelm, G. Schweizer BayKlimaFit: Validierung im Sortiment Markerentwicklung Kartierung 9

10 Erstellung von Zuchtmaterial Gezielte Kreuzungen zur Erweiterung des bayerischen Genpools Kreuzungen im Feld und im Gewächshaus; Gezielte Auswahl der Partner nach Merkmalen und Markerinformationen 10

11 Zusammenfassung Sommergerste ist vom Klimawandel besonders betroffen. Als regionaler Rohstoff nicht zu ersetzen. Hochvariables Sortiment von Gerstentypen wird untersucht. Simulation von Stress durch Rollgewächshaus und Blattbehandlung. Selektionsmarker für Trockenstresstoleranz werden überprüft. Zuchtstämme für die Weiterentwicklung des bayerischen Genpools werden entwickelt. Übertragung von Ergebnissen auf andere Getreidearten. 11

12 Zusammenfassung Kooperation mit Projektpartnern Abgabe von Material an die Partner und weitere Interessenten. Nutzung der Ergebnisse der Partner für die Entwicklung von Markern, Charakterisierung von Genotypen. Erstellung von Zuchtmaterial. Sequenz analyse Inhaltsstoffe und Expression Material Merkmale Marker Sortiment Sorte GWAS 12

13 Dank Partner der Vorgängerprojekte Bayerisches Staatsministerium für Ernährung, Landwirtschaft und Forsten WZW Lehrst. f. Pflanzenernährung Prof. Schmidhalter WZW Lehrst. f. Pflanzenzüchtung Prof. Schön WZW Lehrst. f. Allg. Lebensmitteltechn. Prof. Engel Partner in BayKlimafit Institut für Pflanzenbau und Pflanzenzüchtung AG Züchtungsforschung Winter- u. Sommergerste: R. Cais, G. Reichenberger, J. Mierowski AG Genomanalyse Dr. G. Schweizer, Dr. M. Diethelm, Dr. B. Büttner 13