PARES Neue Resistenzquellen gegenüber Globodera pallida in Stärkekartoffeln. Dr. Stefanie Hartje, 2. FNR Kongress Pflanzenzüchtung

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1 PARES Neue Resistenzquellen gegenüber Globodera pallida in Stärkekartoffeln 1

2 Gliederung Stärke aus Kartoffeln, ein nachwachsender Rohstoff Bedrohung der Ertragssicherheit durch den Zystennematoden Globodera pallida Die Antwort der Kartoffelzüchtung: PARES, ein Projekt zur Sicherung der Stärkeproduktion 2

3 Die FNR ein wichtiger Partner der deutschen Pflanzenzüchter Nachwachsende Rohstoffe, so die Definition, sind land- und forstwirtschaftlich erzeugte Produkte, die nicht als Nahrungs- oder Futtermittel Verwendung finden, sondern stofflich oder zur Erzeugung von Wärme, Strom oder Kraftstoffen genutzt werden. 3

4 Die FNR ein wichtiger Partner der deutschen Pflanzenzüchter 3.1 Nachhaltige Erzeugung und Bereitstellung nachwachsender Ressourcen... Durch verbesserte Strategien zum Erhalt pflanzengenetischer Ressourcen sowie züchterische Maßnahmen sollen land- und forstwirtschaftliche Pflanzen erzeugt werden, die für die Wertschöpfungsketten im Bereich der nachwachsenden Rohstoffe besonders gut geeignet sind. Das betrifft sowohl die Nährstoffeffizienz, Anpassungsfähigkeit, Ertragsfähigkeit und Ertragsstabilität als auch den Gehalt an wertgebenden Inhaltsstoffen... aus: Förderprogramm nachwachsende Rohstoffe, 4

5 Kartoffelstärke Ein nachwachsender Rohstoff Papierindustrie Chemie/Klebstoffe Textilindustrie 5

6 Kartoffelstärke Produktion und Verwendung 2015 Gesamt-Stärke-Produktion 2015 Bundesverband der deutschen Stärkekartoffelerzeuger (BVS) Weizen 45% Kartoffeln 30% Mais 25% 40% der 2015 produzierten Stärke gehen in die industrielle Verwertung (Non-Food) Verband der deutschen Getreideverarbeiter und Stärkehersteller (VDGS e.v.) 6

7 Globodera pallida im Kartoffelanbau 1. Bedrohung der Ertragssicherheit 7

8 Globodera pallida im Kartoffelanbau 2. Verbreitung weltweit 8

9 Globodera pallida im Kartoffelanbau 3. Lebenszyklus Zyste = Überdauerungsorgan Eier/Juvenile je Zyste Anzahl der Eier/Juvenile entscheidend für Schaden Ohne Wirtspflanzen geht Population um ca. 30 % pro Jahr zurück Anzahl der Zysten reduziert sich nicht, nur der Zysteninhalt 9

10 Globodera pallida im Kartoffelanbau 4. Ziele der EU-Bekämpfungsrichtlinie 2007/33/EG die Verbreitung der Kartoffelzystennematoden festzustellen die Ausbreitung der Kartoffelzystennematoden zu verhindern die Kartoffelzystennematoden zu bekämpfen In Deutschland umgesetzt: Verordnung zur Bekämpfung des Kartoffelkrebses und der Kartoffelyzstennematoden 10

11 Globodera spp. im Kartoffelanbau 5. Verbreitung Niedersachsen aus: Nematoden gefährden den Anbau der Kartoffel,2015, Dr. S. Krüssel, LWK Niedersachsen 11

12 festgestellt, dass die meisten Flächen mit G. pallida befallen waren (Abb. 3). Bei den gefundenen G. rostochiensis Populationen handelte es sich überwiegend um die Virulenzgruppe Ro2/3. Der Pathotyp Ro 1 wurde nur noch selten nachgewiesen. Insgesamt wurde bisher in 19 Landkreisen Befall festgestellt. Betroffen sind alle Kartoffelanbaugebiete in Niedersachsen. Der Anteil der befallenen Fläche in den Regionen ist sehr unterschiedlich und reicht von 5 bis 54 %. Wegen der insgesamt noch geringen Zahl untersuchter Schläge werden sich in den einzelnen Landkreisen im Laufe der nächsten Jahre noch Änderungen ergeben. Allerdings ist die Zahl der gefundenen Schläge mit Befall schon jetzt erschreckend hoch und auch die Dominanz von schwer bekämpfbaren Pathotypen stellt ein großes Problem dar. Globodera spp. im Kartoffelanbau 6. Verteilung der Nematodenarten in Niedersachsen Abb. 3: Verteilung der Nematodenarten auf Befallsflächen (Ro = G. rostochiensis, Pa = G. pallida) 12

13 Globodera pallida im Kartoffelanbau 7. neuer Virulenztyp (Globodera pallida) Neuer Virulenztyp 13

14 Resistenz 1. wichtige Maßnahme amtlicher Bekämpfungsprogramme Nematodenresistenz Resistente Kartoffelsorten haben die Eigenschaft, die Vermehrung von Kartoffelzystennematoden zu begrenzen. Durch den Anbau resistenter Sorten wird die Verseuchungsdichte auf niedrigem Niveau gehalten. Hohe Verseuchungsdichten vermögen auch resistente Sorten zu schädigen. Sorten, die auf Befall mit geringeren Ertragseinbußen reagieren, bezeichnet man als tolerant. Als Quarantäneschädlinge unterliegen die Kartoffelzystennematoden, Globodera rostochiensis und Globodera pallida, den Bestimmungen der Richtlinie 2007/33/EG und der Verordnung zur Bekämpfung des Kartoffelkrebses und der Kartoffelzystennematoden vom 6. Oktober 2010 (BGBl. I S. 1383). Gemäß dieser Verordnung dürfen resistente Kartoffelsorten der Resistenznoten 7, 8, 9 oder R im Rahmen amtlicher Bekämpfungsprogramme angebaut werden. (Aus: Beschreibende Sortenliste Kartoffeln, Hrsg. Bundessortenamt) 14

15 Resistenz 2. status quo Solanum vernei Chr. V 15

16 Resistenz 3. Wirkmechanismus Caromel et al., 2003, 2005 Rouppe van der Vort et al., 1998,

17 Resistenz 4. neue Resistenzquellen GLKS: Die Groß Lüsewitzer Kartoffel - Sortimente des IPK Wildarten mit Resistenz gegen G. pallida Pa3 (IPK Groß Lüsewitz, CGN Wageningen) Solanum andigenum Solanum bukasovii Solanum demissum Solanum gourlayi Solanum hannemanni Solanum hawkesianum Solanum leptophyes Solanum microdontum Solanum neorossi Solanum oplocense Solanum gourlayi ssp. pachytrichum Solanum sparsipilum Solanum sucrense Solanum stoloniferum Solanum vernei 17

18 Resistenz 5. der lange Weg zur neuen Sorte

19 Projektpartner 1. Leibniz Universität Hannover Institut für Pflanzengenetik Molekulare Pflanzenzüchtung Kartierung der Resistenzgene Ausgangsmaterial: Spaltende Nachkommenschaften aus Kreuzungen von resistenten Solanum- Wildarten mit anfälligen Kartoffelsorten Analysen: Grobkartierung der Resistenz-Loci mithilfe von z.b. SSR-Markern Auswahl vielversprechender Nachkommenschaften für die Feinkartierung (mindestens 150 Pflanzen) mit neu zu entwickelnden Markern Markerentwicklung: Entwicklung diagnostischer, robuster Marker für die neuen Resistenzquellen 19

20 Projektpartner 2. Julius Kühn-Institut Institut für Pflanzenschutz in Ackerbau und Grünland, Braunschweig Pathogenpopulationen Die Pathogenpopulationen Pa3 (Chavornay) sowie der neue Virulenztyp werden verwendet Extraktionstest Klone von Akzessionen Pa3-resistenter Wildarten werden auf Resistenz geprüft. Größere Kreuzungspopulationen für die genetische Kartierung werden auf Ihre Pa3-Resistenz getestet. Etablierung eines Resistenztests an in vitro-material Vergleichende Untersuchungen der Ergebnisse aus Tests mit Knollenmaterial und mit Material aus der Gewebekultur 20

21 Projektpartner 3. Julius Kühn-Institut, Institut für Züchtungsforschung an landwirtschaftlichen Kulturen, Groß Lüsewitz Kreuzungen ausgewählter Akzessionen Für Kartierungen der Resistenzgene und die Entwicklung molekularer Marker müssen Kreuzungsnachkommenschaften mit spaltender Pa3-Resistenz vorliegen. Einzelklone aus Wildartpopulationen und ausgewählte anfällige Kreuzungspartner werden auf diploider und tetraploider Stufe gekreuzt. Bevorzugt wird die Nutzung der Wildart als Pollendonator. Die Wildart-Geniteure sollen bevorzugt gegenüber beiden G. pallida-populationen ( Chavornay, NEU ) Resistenz aufweisen. 21

22 Projektpartner 4. Mitgliedsunternehmen der GFPi-Abteilung Kartoffeln 22

23 Projektpartner 4. Mitgliedsunternehmen der GFPi-Abteilung Kartoffeln Anzucht und Vermehrung der Wildart-Akzessionen Für diverse Akzessionen von Wildarten liegen Ergebnisse aus Resistenztests mit G. pallida Pa3 bei den Genbanken vor. In vitro-anzucht der verschiedenen Akzessionen durch BNA, SaKa und Norika Kreuzung und in vitro-anzucht ausgewählter Akzessionen Für das Auffinden der Resistenzgene müssen Kreuzungsnachkommenschaften vorliegen, in denen die Resistenz aufspaltet. Die Samen werden in vitro angezogen und vermehrt und den Projektpartnern zur Verfügung gestellt. 23

24 PARES: Stand der Projektarbeiten Erste gegen beide Pa3-Pathotypen resistente Wildartakzessionen wurden erfolgreich identifiziert Kreuzungspopulationen wurden erfolgreich erstellt Molekulare Arbeiten zur Identifizierung der/des Resistenzgens konnten begonnen werden 24

25 Zusammenfassung und Ausblick ein wirtschaftlicher Stärkekartoffelanbau erfordert ertragsstarke Sorten mit umfassender Resistenzausstattung die EU-Verordnung zur Bekämpfung der Kartoffelzystennematoden erfordert die Züchtung von nematodenresistenten Sorten das laufende Verbundprojekt schafft die Voraussetzungen (Identifizierung von Resistenzquellen, Entwicklung diagnostischer Nachweissysteme) die züchterische Umsetzung ist noch ein langer Weg 25

26 DANKE 26