PFLANZENZÜCHTUNG AKTIVITÄTEN BEI SAATBAU LINZ UND SAATZUCHT DONAU DR. CHRISTIAN GLADYSZ

Transkript

1

2 PFLANZENZÜCHTUNG AKTIVITÄTEN BEI SAATBAU LINZ UND SAATZUCHT DONAU DR. CHRISTIAN GLADYSZ

3 GESCHICHTE DER PFLANZENZÜCHTUNG Seite 3

4 GRUNDLAGE DER PFLANZENZÜCHTUNG IST Quelle: Grundlagen der Pflanzenzüchtung DLG-Verlag (Auflage 2010) Seite 4

5 DIE GENETISCHE VARIATION!! Quelle: Grundlagen der Pflanzenzüchtung DLG-Verlag (Auflage 2010) Seite 5

6 ZIELE DER PFLANZENZÜCHTUNG Ziel eines Züchters ist die Selektion neuer Sorten, die in wertbestimmenden Merkmalen, den bisher existierenden Sorten überlegen sind. Durch gezielte Kreuzung von Individuen entstehen genetisch basierte, neuartige bzw. verbesserte Merkmalskombinationen. Dazu bedient er sich verschiedener Zuchtmethoden, deren Auswahl von der Kulturart, dem Stand der Technik / Wissen und der finanziellen Ausstattung des Unternehmens abhängig ist. Seite 6

7 WERTBESTIMMENDE MERKMALE Ertrag Das wichtigste Merkmal ist der Ertrag! In der zivilisierten Welt wird Ertrag bzw. Mehrertrag vielfach negativ bewertet. Überproduktion, Belastung der Natur, Ausbeutung. aber Ertrag/Mehrertrag bedeutet für uns die effiziente Nutzung von begrenzten Ressourcen wie Boden, Nährstoffen, Wasser Seite 7

8 ZUCHTFORTSCHRITT am Beispiel Kornertrag bei Winterweizen in AT ( ) Quelle: AGES Winterweizenversuche im Alpenvorland und Trockengebiet Oberforster 2016 Seite 8

9 WINTERWEIZEN KORNERTRÄGE Oberösterreich / Österreich ( ) Quelle: Statistik Austria gerändert Oberforster 2016 Seite 9

10 WERTBESTIMMENDE MERKMALE Widerstandsfähigkeit, Qualität, Agronomie Widerstandsfähigkeit: gegen biotische Stressfaktoren: Pilze, Bakterien, tierische Schädlinge gegen abiotische Stressfaktoren: Trockenheit, Kälte, Hitze Qualitätseigenschaften: Weizenbackqualität, Ölsäuremuster, Verdaulichkeit, Geschmack, (Verträglichkeit) Agronomische Merkmale: Nährstoffeffizienz, Standfestigkeit, Winterhärte... Seite 10

11 ZÜCHTUNGSSTANDORTE Puerto Vallarta Puerto Rico Mais Sojabohne Getreide Sonnenblume Raps Rancagua Temuco Orchies Hannover Biendorf Reichersberg Probstdorf Schönering Telorman

12 ZUCHTMETHODEN Auslese(züchtung) Populationszüchtung Klonzüchtung Linienzüchtung Getreide, Soja, Raps Hybridzüchtung Mais, Sonnenblume, Raps, WG, WW Mutationszüchtung Präzisionszüchtung SMART Breeding (fast alle Kulturarten) Genomische Selektion (WW, WG, Mais ) Genome Editing Direkter Gentransfer (=Gentechnik) Seite 12

13 LINIENZÜCHTUNG Durch konsequente Selbstbefruchtung entstehen homozygote Linien Bei selbstbefruchtenden Arten ein natürliches Phänomen: Weizen, Gerste, Sojabohne, Die Linienzüchtung ist die Basis der Hybridzüchtung Eine Linie ist genetisch homozygot alle Merkmale sind fixiert => die Nachkommen aus einer Selbstbefruchtung entsprechen zu 100% der Elternpflanze Seite 13

14 LINIENZÜCHTUNG schematisch Zeiteinsparung möglich durch: Nutzung der Gegensaison auf Südhalbkugel (nur für Frühjahrskulturen von Relevanz) Doppelhaploidentechnologie (nicht für alle Kulturarten verfügbar) Quelle: Grundlagen der Pflanzenzüchtung DLG-Verlag (Auflage 2010) Seite 14

15 LINIENZÜCHTUNG am Beispiel der WW-Züchtung in der SZD Jahr 1: 500 Kreuzungen Jahr 3: Einzelpflanzen (Kornbonitur) Jahr 4: Doppelreihen (erste Qualität) Jahr 5: Kurzparzellen (Ertrag + Qualität) Jahr 6: 300 Stämme in mehrortiger internationaler Prüfung Jahr 7: Stämme breite internationale Prüfung (bis zu 18 Orten TK-CND) Jahr 8: Stämme Wertprüfungsanmeldung Jahr 10: 3-5 Sorten registriert Seite 15

16 TRENDS IN DER GETREIDEZÜCHTUNG Züchtungsmethoden: Hybridzüchtung HY-Gerste bereits am Markt, HY-Weizen im Kommen Biotechnologie: DH-Züchtung 2-3 Jahre Beschleunigung MAS (= markergestütze Selektion) Genomische Selektion: / Markerdaten Kosten/Genotyp: EUR (ca. 2 Prüfparzellen) Intensive Kooperation mit Forschungsinstituten / Universitäten Seite 16

17 ZÜCHTUNGSZIELE BEI GETREIDE Ertragsstabilität Trockenheits-/Hitzetoleranz; früheres Ährenschieben (Escape) Winterformen statt Sommerformen: Winterbraugerste, Winterdurum, Winterhafer Geänderte Qualitätsanforderungen TK-Gebäck, Cadmiumgehalte in Durum und Soja Resistenzzüchtung / Sorten für den Bio-Landbau Ährenfusarium, Gelbrost Steigerung der Nährstoffeffizienz Seite 17

18 Karapinar drought stress

19 Probstdorf

20 HYBRIDZÜCHTUNG Die gezielte Kreuzung 2-er homozygoter Linien, die aus verschiedenen Genpools stammen. Die Nachkommenschaft (F1) ist der durchschnittlichen Ertragsleistung der Eltern überlegen (=HETEROSIS) Bei Fremdbefruchtern ist das Phänomen Heterosis stärker ausgeprägt als bei Selbstbefruchtern es tritt aber bei beiden auf. Die Heterosis geht in der Nachkommenschaft der F1 (F2, F3 ) wieder verloren. Seite 20

21 GRUNDLAGEN DER HYBRIDZÜCHTUNG Quelle: Grundlagen der Pflanzenzüchtung DLG-Verlag (Auflage 2010) Seite 21

22 HYBRIDZÜCHTUNG HETEROSIS Quelle: Grundlagen der Pflanzenzüchtung DLG-Verlag (Auflage 2010) Seite 22

23 ERFOLGE DER HYBRIDZÜCHTUNG Quelle: Troyer & Rocheford (2002), Crop Sci. 42:3-11. Seite 23

24 TRENDS IN DER MAISZÜCHTUNG Biotechnologie: DH-Züchtung 3 Jahre Beschleunigung Marker gestützte Selektion Genomische Selektion: Markerdaten / Individuum Kosten/Genotyp: 30 EUR (ca. 2 Prüfparzellen) Seite 24

25 MUTATIONSZÜCHTUNG Bei der Mutationszüchtung werden Samen, Pflanzen oder Pflanzenteile Mutagenen ausgesetzt, um neue Eigenschaften durch Mutation zu erzielen, die einen positiven Effekt aufweisen. Mutagene können Röntgen- oder Neutronenstrahlen, Kälte- und Wärmeschocks oder chemische Verbindungen sein. Der Umfang der Mutation kann von Chromosomenstrangbrüchen bis zur Punktmutation gehen. Anwendungsbeispiele: Kurzstrohigkeit der Gerste, TILLING (zb WW Amicus) Seite 25

26 PRÄZISIONSZÜCHTUNG = SMART Breeding Man versteht darunter Züchtung und Selektion unter Zuhilfenahme molekularer Marker- und biotechnologischer Vermehrungstechnologien. S election with M arker and A dvanced R eproductive T echnologies (Selektion monogener bzw. polygener (=QTL) Merkmale (DH-Technologie, Gewebekulturen) Seite 26

27 GEN(OM)E EDITING Vom Zufall zur Präzision Weiterentwicklung der Mutationszüchtung auf molekularbiologischer Ebene Sog. Präzisionscheren erlauben zielgerichtete Veränderungen der DNA GEN: Sep 1, 2014 (Vol. 34, No. 15) ODM (olgio-nucleotid directed mutagenesis) zb SU-RES bei Raps von Cibus TALEN (transcription activator-like effector nucleases) ZFN (zinc finger nucleases) CRISPR-Cas9 (clustered regularly interspaced short palindromic repeats) Seite 27

28 DER LANGE WEG ZUR FERTIGEN SORTE Seite 28

29 GENOMISCHE SELEKTION Selektion basierend auf genomischen Daten aus der Tierzüchtung übernommen stellt eine Erweiterung der markergestützten Selektion dar eine Vielzahl von Markerdaten ( ) werden mit phänotypischen Merkmalen verrechnet (=Trainingsset) das Ergebnis ist ein statistischer Zuchtwert, der direkt von der DNA abgelesen wird und eine frühzeitige Selektion ermöglicht Genauigkeit liegt zwischen 40-60% Seite 29

30 GENOMISCHE SELEKTION schematisch Heffner et al Crop Sci. 49:1 12 Seite 30

31 PRODUKTENTWICKLUNG SORTENPRÜFUNG SAATBAU LINZ ( ) WP nach Kulturarten (~450 Sorten in ~25 Ländern in Prüfung) 120 OT1 OT2+3 reg Seite 33

32 DANKE FÜR IHRE AUFMERKSAMKEIT!