Landessaatzuchtanstalt. Tätigkeitsbericht

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1 Landessaatzuchtanstalt Tätigkeitsbericht

2 Herausgeber: Landessaatzuchtanstalt Universität Hohenheim Fruwirthstr Stuttgart

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5 Die Landessaatzuchtanstalt Biotechnologie in der Pflanzenzüchtung Hybridzüchtung Erhöhung der Biodiversität Züchtung von Energiepflanzen Krankheitsresistenz und abiotische Stresstoleranz Sensorbasierte Phänotypisierung Publikationen Sorten Forschungsprojekte Gremientätigkeiten Beteiligung an der Lehre Mitarbeiter 102

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7 Die Landessaatzuchtanstalt 3 Die Landessaatzuchtanstalt Die Landwirtschaft steht vor besonderen Herausforderungen Die kommenden Jahre stellen die Landwirtschaft vor besondere Herausforderungen. An erster Stelle stehen die Ernährungssicherung und die Produktion nachwachsender Rohstoffe. Beide befinden sich in einem Spannungsfeld, das angesichts des Klimawandels und der fortschreitenden Verknappung der natürlichen Ressourcen zunehmend Bedeutung gewinnt. Als Landessaatzuchtanstalt (LSA) engagieren wir uns dafür, Lösungen für diese globalen Herausforderungen zu finden und dabei die besonderen Bedürfnisse des Landes Baden-Württemberg zu berücksichtigen. Wir züchten neue Sorten für eine Vielzahl von Kulturarten, die den künftigen Herausforderungen der Landwirtschaft gewachsen sind. Mit diesem Mandat setzen wir uns deutlich von anderen nationalen Instituten ab. Erfolgsgeschichte LSA Die Landessaatzuchtanstalt greift auf eine jahrzehntelange Erfolgsgeschichte zurück. So waren es Züchtungsarbeiten der Landessaatzuchtanstalt, die den Dinkel und den Hartweizen in Deutschland (wieder) heimisch machten eine Leistung, für die das Land Baden-Württemberg dem zuständigen Mitarbeiter der Landessaatzuchtanstalt, Herrn Dr. C.I. Kling, die Staatsmedaille in Gold verlieh. Daneben trug die Landessaatzuchtanstalt wesentlich zum Erfolg von Hybriden bei Roggen bei, dem heute dominierenden Sortentyp: Die weltweit ersten Hybridsorten wurden von der Landessaatzuchtanstalt in Zusammenarbeit mit dem Lehrstuhl für Populationsgenetik der Universität Hohenheim erstellt und zugelassen. Die enge Zusammenarbeit zwischen der LSA und dem Institut für Pflanzenzüchtung, Saatgutforschung und Populationsgenetik wurde im Herbst des Jahres 2011 über die Einrichtung des Kompetenzzentrums für Pflanzenzüchtung Rechnung getragen. Der Erfolg der Forschungsaktivitäten der Landessaatzuchtanstalt lässt sich objektiv beurteilen. Zur jüngsten Erfolgsbilanz der Jahre gehören (Abb. 1): 116 Publikationen in begutachteten, internationalen Zeitschriften. ~ 4,3 Millionen Euro eingeworbene Drittmittel. Insgesamt 35 Kooperationsprojekte mit führenden nationalen und internationalen Industriepartnern. Abgabe von 204 Sorten, Erbkomponenten und sonstigem Zuchtmaterial. Die zunehmende inhaltliche Breite der eingesetzten Forschungsansätze führt zu ständig neuen Vernetzungen zwischen den Arbeitsgebieten der Landessaatzuchtanstalt. Weiterhin ist die intensive Zusammenarbeit der Landessaatzuchtanstalt mit anderen Arbeitsgebieten der Agrarwissenschaften in den letzten Jahren stetig gewachsen, was sich nicht zuletzt durch die steigende Zahl an Verbundprojekten dokumentiert. Diese breite Expertise ermöglicht ganzheitliche Lösungsansätze für dringende Forschungsfragen in der Pflanzenzüchtung für eine Vielzahl von Kulturarten. Abb. 1 Erfolgsbilanz der Landessaatzuchtanstalt der Jahre

8 4 Die Landessaatzuchtanstalt Abb. 2 Organigramm der Landessaatzuchtanstalt. Das Forschung- und Entwicklungsprogramm ist in Arbeitsgebiete gegliedert, denen jeweils ein Wissenschaftler vorsteht. Das wissenschaftliche Kuratorium berät in wissenschaftlichen Fragen. Die Verbindung zur landwirtschaftlichen Praxis wird durch den Beirat aufrechterhalten, welcher in Fragen der inhaltlichen Ausrichtung berät. Forschungsschwerpunkte Heute beschäftigt sich die Landessaatzuchtanstalt intensiv mit sechs Schwerpunktthemen: (1) Biotechnologie in der Pflanzenzüchtung: Die Buchstabenabfolge des genetischen Alphabets ist für viele Pflanzenarten entschlüsselt. Wir erforschen nun die Bedeutung von Genen für wichtige komplex vererbte agronomische Merkmale und versuchen die Leistung von Pflanzen über deren genetischen Code vorherzusagen. (2) Hybridzüchtung: Hybriden, gezielte Kreuzungen zwischen zwei Eltern, sind robuster und leistungsstärker im Vergleich zu ihren Elternlinien. Wir legen die Grundlage dafür, dass Hybridzüchtung auch bei Triticale, Weizen und Gerste möglich wird. (3) Erhöhung der Biodiversität: Die biologische Vielfalt auf deutschen Feldern ist bedroht. Wir sorgen über angewandte Züchtung dafür, dass sich die Urgetreide Emmer und Einkorn sowie Dinkel, Nudel-/Hartweizen und Sojabohne in Baden-Württemberg und Deutschland heimisch fühlen. (4) Züchtung von Energiepflanzen: Die Zeit ist reif für grüne Energie. Wir erweitern das Spektrum an Bioenergiepflanzen und optimieren den Einsatz von Sonnenblume, Triticale und Roggen für die Biogasproduktion. (5) Krankheitsresistenzen und abiotische Stresstoleranz: Durch Nutzung der natürlichen Variation erarbeiten unsere Wissenschaftler Möglichkeiten, Kulturpflanzen weniger anfällig gegen Pilzkrankheiten und toleranter gegen Trockenheit und Kälte zu machen. (6) Sensorbasierte Phänotypisierung im Feld: Unsere Forscher entwickeln erfolgreich Methoden, um die Leistung eines Pflanzenbestandes über bildgebende Sensoren kontaktfrei zu messen. Dies ist eine wichtige Voraussetzung dafür, dass Pflanzen an die Herausforderungen des Klimawandels angepasst werden können. Die folgenden Kapitel stellen die sechs Schwerpunkte allgemeinverständlich für eine breite Leserschaft dar. Im Anschluss erfolgt eine Präsentation der einzelnen Forschungsprojekte, die an der Landessaatzuchtanstalt in dem Berichtszeitraum bearbeitet wurden.

9 Biotechnologie in der Pflanzenzüchtung 5 Biotechnologie in der Pflanzenzüchtung Die Biotechnologie ist ein essentieller Bestandteil der wissensbasierten Pflanzenzüchtung (Abb. 3). Der Oberbegriff Biotechnologie vereint verschiedene Forschungsbereiche (Abb. 4). Von diesen setzt die Landessaatzuchtanstalt die sogenannten Omics-Technologien und die Gewebekultur ein, da nur diese Teilbereiche bisher relevant für die Pflanzenzüchtung in Deutschland sind. Die Genomforschung analysiert das Erbgut von Pflanzen mit dem Ziel, Gene zu lokalisieren, die agronomisch relevanten Merkmalen zugrunde liegen. Im Unterschied zur Gentechnik erfolgt hierbei kein Eingriff ins Erbgut der Pflanzen. Der Züchter bedient sich vielmehr der natürlich zur Verfügung stehenden genetischen Vielfalt. Abb. 4 Arbeitsgebiete der Biotechnologie Abb. 3 Komponenten der wissensbasierten Pflanzenzüchtung Schnelle Entwicklung von Linien Der Erfolg der Pflanzenzüchtung hängt entscheidend von einer schnellen Entwicklung von potentiellen Sorten ab. Dazu werden reinerbige Linien benötigt, die über mehrere Generationen von Selbstbefruchtung entwickelt werden. Dieser Prozess kann bis zu acht Jahre dauern. Über den Einsatz der Doppelhaploiden (DH)-Technologie ist es hingegen möglich, reinerbige Linien innerhalb eines Jahres zu entwickeln. Da diese beschleunigte Entwicklung reinerbiger Linien zu einem höheren Zuchtfortschritt pro Zeiteinheit führt, ist die Etablierung einer praxistauglichen DH- Methode bei Getreide ein zentrales Forschungsthema an der Landessaatzuchtanstalt. Nutzung natürlicher Variation Die molekularen Kenntnisse agronomisch relevanter Gene ermöglichen die Selektion von leistungsstarken Pflanzen bereits im Keimlingsstadium. Für die Züchtung ist dies besonders dann von Vorteil, wenn die Merkmale in Feldversuchen nur sehr aufwändig oder zeitintensiv zu erfassen sind (z.b. Resistenz gegen Ährenfusariosen beim Weizen oder Triticale). Daher suchen Wissenschaftler an der Landessaatzuchtanstalt intensiv nach diagnostischen Markern für Krankheitsresistenzen bei Weizen und Triticale. In weiteren Forschungsprojekten erarbeiten wir innovative biometrische Analysemethoden, die das Auffinden agronomisch relevanter Gene in Züchtungspopulationen erlauben. So nutzen wir Methoden der Assoziationskartierung aus dem Bereich der Humangenetik, die wir in einem ersten Schritt erfolgreich für die Lokalisation von Genen in Züchtungspopulationen angepasst haben. Beschleunigter Zuchtfortschritt In der Genomforschung ging man bisher davon aus, dass einige wenige Gene das Merkmal beeinflussen. Dies ist allerdings für viele agronomisch wichtige Merkmale wie den Ertrag nicht realistisch, da sie von Tausenden Genen gesteuert werden. Daher erforschen Wissen-

10 6 Biotechnologie in der Pflanzenzüchtung schaftler der Landessaatzuchtanstalt Methoden der genomischen Selektion. Bei diesen wird der Beitrag sehr vieler Genbereiche für die Merkmalsausprägung anhand komplexer biometrischer Modelle geschätzt. Die Effekte der einzelnen Genomregionen sind meist sehr klein, erlauben aber in der Summe eine präzise Vorhersage des Zuchtwertes von Sorten. Ein wichtiger Einsatz der genomischen Selektion an der Landessaatzuchtanstalt ist die Vorhersage der Hybridleistung bei Weizen, Sonnenblume und Triticale. Zunehmend werden auch die anderen Omics- Technologien hinsichtlich ihrer Bedeutung für die angewandte Pflanzenzüchtungsforschung erforscht. Diese betrachten neben dem Erbgut noch weitere Stufen der Regulation des Stoffwechsels innerhalb einer Pflanze, wie Metabolite (Metabolomics), Proteine (Proteomics) und Gentranskripte (Transkriptomics). Dabei fokussieren sich die Arbeiten an der Landessaatzuchtanstalt auf die Untersuchung der Bildung ernährungsphysiologisch wichtiger Inhaltsstoffe (Mineralstoffe, Vitamine) in Pflanzen. Das Ziel liegt dabei auf der wissensbasierten Züchtung von Sorten, die einen wichtigen Beitrag für eine gesündere Ernährung leisten. Abb. 5 Erstellung von doppelhaploiden Linien über Mikrosporen

11 Hybridzüchtung 7 Hybridzüchtung Hybridsorten sind bei Mais, Sonnenblume, Roggen, Zuckerrübe und Raps der dominierende Sortentyp. Dies liegt an der maximalen Ausnutzung des Heterosiseffekts, der bei den Nachkommen aus einer Kreuzung zu einer höheren Ertragsleistung im Vergleich zu beiden Eltern führt (Abb. 6). Hierfür werden genetisch möglichst divergente, intensiv vorgeprüfte Vater- und Mutterlinien gezielt gekreuzt. Die Nachkommen aus der Kreuzung der Elternlinien sind die Hybriden. Der Heterosiseffekt ist nur in der ersten Kreuzungsgeneration so stark ausgeprägt und reduziert sich drastisch in den folgenden Generationen aufgrund der Aufspaltung nach dem zweiten Mendelschen Gesetz. Abb. 6 Heterosiseffekt bei Roggen Hybridzüchtung wurde ab den 1930er Jahren zuerst bei Mais in den USA etabliert, nach dem Zweiten Weltkrieg auch in Deutschland. Die Hybridzüchtung bei den weiteren Kulturarten fand deutlich verzögert statt, da hierfür zuerst eine Reihe von Problemen gelöst werden musste. Die Landessaatzuchtanstalt war bei Roggen in enger Zusammenarbeit mit dem Institut für Pflanzenzüchtung, Saatgutforschung und Populationsgenetik der Universität Hohenheim der Motor bei der Entwicklung der Hybridzüchtung. Durch diese weltweit einzigartige Expertise arbeitet die Landessaatzuchtanstalt nun federführend in Kooperation mit führenden nationalen und internationalen Züchtungsfirmen an der Etablierung der Hybridzüchtung bei Weizen, Triticale und Gerste. Hierzu kann auf eine jahrzehntelange Erfahrung bei der Lösung der Herausforderungen, die bei der erfolgreichen Etablierung der Hybridzüchtung auftreten, zurückgegriffen werden. Effiziente Erzeugung von Hybriden Die Mutterlinie muss zuverlässig männlich steril sein, damit sie ausschließlich durch die väterliche Linie bestäubt wird und eine Selbstbefruchtung ausgeschlossen ist. So wird beim getrenntgeschlechtlichen Mais die Mutterlinie durch manuelles Entfernen der Rispe kostengünstig kastriert. Die anderen genannten Kulturarten haben einen zwittrigen Blütenaufbau, eine manuelle Kastration im großen Maßstab ist hier nicht möglich. Die Bestäubungslenkung wird dabei über natürlich vorkommende cytoplasmatisch-männliche Sterilitätssysteme (CMS) durchgeführt. Eine männlich-sterile Mutterlinie, die über Rückkreuzung in das CMS-induzierende Cytoplasma eingelagert wurde, wird von einer Vaterlinie bestäubt, die durch das Vorhandensein von Restorergenen die Fertilität in den Hybridnachkommen wieder herstellt. Voraussetzung für den Einsatz der CMS ist also eine hochgradige Sterilität der Mutterlinie und eine effiziente, umweltstabile Restauration der Pollenfertilität, da sonst die Gefahr der Mutterkorninfektion bei Getreide drastisch erhöht wird. Die Landessaatzuchtanstalt hat in mehreren Forschungsprojekten wesentlich dazu beigetragen, Restorergene in mitteleuropäischen Populationen des Roggens mit Werkzeugen der Genomforschung zu charakterisieren. Die Restaurationsfähigkeit im Elitematerial war allerdings nicht hoch genug. Wissenschaftler der Landessaatzuchtanstalt entdeckten in genetischen Ressourcen neue Restorergene, die Roggenhybriden vollständig und weitgehend unabhängig von der Umwelt wieder Pollen produzieren lassen und entwickelten dafür als Erste diagnostische molekulare Marker. Diese Gene werden mittlerweile in allen führenden Hybridroggenzuchtprogrammen eingesetzt und werden in Zusammenarbeit mit dem Julius Kühn-Institut weiter erforscht. Die Erfolgsgeschichte der Etablierung von Hybridisierungssystemen bei Roggen wird nun mit Nachdruck für Triticale und Weizen unter Federführung der Landessaatzuchtanstalt fortgeschrieben.

12 8 Hybridzüchtung Die Ausgangslage ist bei Weizen und Triticale zwar schwieriger, weil bei Selbstbefruchtern die mangelnde Pollenschüttung der Bestäuberlinie noch hinzukommt, allerdings versprechen laufende Forschungsprojekte der Landessaatzuchtanstalt auch hier Fortschritte. Heterotische Muster Heterotische Muster sind Gruppen von Linien, die, miteinander gekreuzt, eine hohe durchschnittliche Hybridleistung zeigen. Sie sind für die Hybridzüchtung von zentraler Bedeutung, da sie die Kombination von aussichtsreichen Eltern erleichtern. Bei Roggen fand man nach intensiver Suche zwei Gruppen, die sich ideal ergänzen. Die Population Petkus war an kontinentale Standorte mit abiotischem Stress angepasst und auf hohen Ertrag bei hoher Saatdichte selektiert. Petkus kombiniert sehr gut mit der Population Carsten, die an maritimes Klima angepasst ist und auf hohen Ertrag durch lange Ähren und guten Saatgutansatz selektiert wurde. Die Suche nach heterotischen Mustern ist bei Weizen, Triticale und Gerste schwieriger. Die Landessaatzuchtanstalt erforscht daher Möglichkeiten, geeignete heterotische Muster unter Einsatz neuester metabolomischer und genomischer Werkzeuge zu identifizieren. Vorhersage der Hybridleistung Für die Erstellung von Hybriden stehen prinzipiell Tausende von Elternlinien zur Verfügung. Damit könnten Millionen verschiedener Hybridkombination erstellt werden. Eine effiziente Vorauswahl vielversprechender Elternlinien würde die Hybridzüchtung revolutionieren. Die Landessaatzuchtanstalt erforscht intensiv Möglichkeiten, aussichtsreiche Elternlinien zu finden. Dabei werden klassische Vorhersagemodelle über die Elterneigenleistung oder generelle Kombinationseignung bei Sonnenblume, Roggen, Triticale, Weizen und Gerste geprüft. Weiterhin evaluieren Wissenschaftler der Landessaatzuchtanstalt Chancen und Grenzen der Leistungsvorhersage durch genomische Selektion. Diese Verfahren beruhen auf der Annahme, dass wichtige agronomische Merkmale wie der Kornertrag durch sehr viele Gene mit kleinen Effekten gesteuert werden. Optimierte Hybridzüchtung Der Erfolg der Hybridzüchtung hängt bei einem begrenzten Budget entscheidend von einer idealen Aufteilung der Prüfparzellen bei der Mehrstufenselektion ab. Dabei gilt es, die Balance zwischen einer hohen Selektionsintensität und einer genauen Evaluierung des Leistungspotenzials unterschiedlicher Genotypen zu finden. Die optimale Allokation von Ressourcen in der Hybridzüchtung hängt weiterhin von der bestmöglichen Integration der genomischen Selektion ab. Wissenschaftler der Landessaatzuchtanstalt arbeiten daher intensiv an der Erstellung optimaler Szenarien zur Aufteilung von Feld- und genomischen Ressourcen unter Verwendung von Computersimulationen. Breite genetische Variation Eine erfolgreiche Hybridzüchtung führt unweigerlich zu einer Reduktion der genetischen Diversität der Elitezuchtpopulationen. Die Brauchbarkeit von Populationen hängt aber wesentlich von einer hohen genetischen Variation ab. Deshalb stellt eine gezielte Erweiterung bestehender Zuchtpopulationen eine zentrale Aufgabe in der Hybridzüchtung dar. Sie sollte aber die Leistungsfähigkeit und Kombinationseignung der Elitepopulationen nicht negativ beeinflussen. Wissenschaftler der Landessaatzuchtanstalt konzipierten am Beispiel des Roggens erfolgreich Strategien zur markergestützten Erweiterung der genetischen Diversität bestehender heterotischer Gruppen. Diese Strategien werden in den kommenden Jahren unter Einsatz modernster genomischer Verfahren verfeinert.

13 Erhöhung der Biodiversität 9 Erhöhung der Biodiversität Von den weltweit bekannten rund Pflanzenarten sind etwa essbar. Davon wurden seit Beginn der Landwirtschaft rund Pflanzenarten vom Menschen genutzt. Trotz dieser enormen Vielfalt spielen heutzutage für die menschliche Ernährung nur rund 150 Arten überhaupt noch eine Rolle. Derzeit werden mit gerade einmal 30 Pflanzenarten 95 Prozent des Kalorienbedarfs der Weltbevölkerung erzeugt. Auch in Deutschland nutzt die Landwirtschaft großflächig nur rund 25 Marktfruchtarten. Die Ackerfläche wird jedoch zu rund 75 Prozent von nur fünf Kulturen Weizen, Gerste, Mais, Raps und Roggen dominiert. Die Gründe für den Rückgang der Vielfalt an Pflanzenarten und Sorten (Nutzpflanzen- Biodiversität) sind vielfältig. Neben den wirtschaftlichen Zwängen, die es dem Landwirt nur noch erlauben, hochertragreiche Arten und Sorten anzubauen, steigen die Anforderungen an einheitliche Qualitäten durch die industrielle Verarbeitung. Dies führt dazu, dass Nachteile einzelner Pflanzenarten bzw. -sorten nicht mehr in Kauf genommen werden können wie beispielsweise das häufige Lagern von langstrohigen Getreidearten oder das vorzeitige Abfallen von Ährenteilen beim Dinkel. Dinkel- und Hartweizenzüchtung Eine satzungsmäßige Aufgabe der Landessaatzuchtanstalt ist es, das Anbau- und Marktpotential alternativer Kulturarten abzuschätzen und gegebenenfalls mit Sortenzüchtung zu unterstützen. Zwei Erfolgsgeschichten sind hierbei die Re-Etablierung des Dinkel- und die Etablierung des Hartweizenanbaus in Deutschland. Noch in den 1970er Jahren war der mehrere Jahrhunderte lang als Hauptgetreideart in Südwestdeutschland verbreiteten Dinkels fast ausgestorben, heute wird er wieder auf Hektar angebaut. Maßgeblichen Anteil daran hatten unsere Züchtungsforschung sowie die von uns initiierte Vernetzung von Forschung, Züchtung, Anbau und verarbeitender Industrie von Dinkel. Wichtige Meilensteine waren die Sichtung des vorhandenen Materials und die gezielte und nachhaltige Verbesserung seiner Schwächen. So sind moderne Dinkelsorten sehr standfest und ertraglich im Ökolandbau bereits auf gleichem Niveau wie der viel intensiver bearbeitete Weichweizen. Abb. 7 Vielfalt, die man sehen kann: Emmerlinien und sorten der Universität Hohenheim, gezüchtet von der Landessaatzuchtanstalt

14 10 Erhöhung der Biodiversität Hartweizen kommt ursprünglich aus dem Mittelmeerraum und wurde in Deutschland eingeführt, um die heimische Teigwarenindustrie unabhängig von Importzöllen und Missernten in Italien, Frankreich und Spanien zu machen. Aktuell wird auf Hektar ein gutes Drittel des heimischen Bedarfes an Hartweizen gedeckt. Eine deutliche Ausdehnung wird mit der gerade aktuellen Einführung von Winterhartweizensorten erwartet. Hierbei ist es uns weltweit zum ersten Mal gelungen, in den wärmeliebenden Hartweizen ausreichende Winterhärte für Deutschland einzulagern, ohne starke Einbußen der Produktqualität und des Ertrages in Kauf nehmen zu müssen. Unsere weitere Züchtungsarbeit konzentriert sich vor allem darauf, die genetische Diversität des Winterhartweizens zu erhöhen, um so eine langfristige Anbauperspektive zu ermöglichen. Renaissance der Urgetreide Wir arbeiten weiterhin intensiv daran, weitere Kulturarten an den deutschen Markt heranzuführen. Dies sind einerseits die Urgetreide Einkorn und Emmer sowie die bisher bei uns nicht heimische Soja. Die erfolgreiche (Wieder)Einführung einer Kulturart benötigt zuverlässige Informationen über Anbaupotential und Anbaurisiko sowie hochwertige Verarbeitungsmöglichkeiten und attraktive Produktlinien. Vor allem kulturartspezifische Vorteile müssen herausgearbeitet werden, damit die Verbraucher Interesse zeigen. Bei Einkorn und Emmer prüften wir daher in den letzten Jahren Hunderte von Genbankakzessionen auf deren Anbaupotential (Abb. 7). Selektionskriterien waren neben Kornertrag vor allem Standfestigkeit und Krankheitsresistenzen. Beim Emmer stehen unsere Züchtungsanstrengungen kurz vor dem Durchbruch: Erste Stämme mit deutlich verbesserter Standfestigkeit werden derzeit in umfangreichen Feldversuchen geprüft. Tofu made in Baden-Württemberg Die Sojabohne hat wegen ihres hohen Proteingehalts, verbunden mit hoher biologischer Wertigkeit des Eiweißes, und ihres hohen Ölgehaltes sowohl als Nahrungs- als auch als Futtermittel weltweit eine herausragende Bedeutung. In Europa und insbesondere in Deutschland spielt sie jedoch im Anbau nur eine untergeordnete Rolle, weil die wärmeliebende Sojabohne nicht an unsere klimatischen Bedingungen angepasst ist. Vor allem Sorten für die Erzeugung von Tofu können derzeit in Deutschland nur in klimatisch begünstigten Regionen wie dem Oberrheintal angebaut werden. Da der Konsum von Sojaprodukten für die menschliche Ernährung in Europa ansteigt, werden Sorten benötigt, die auch unter weniger optimalen Bedingungen die erforderliche Qualität bei hohem Ertrag erzielen. In Kooperation mit dem europaweit führenden Tofu- Hersteller sind wir derzeit dabei, die notwendigen Qualitätsmerkmale zu erfassen und in frühreifes Zuchtmaterial einzulagern. Zudem werden im Rahmen eines umfangreichen Kooperationsprojektes Untersuchungen zur Kühleresistenz, zum Einsatz genetischer Ressourcen und zur Ertragssteigerung der Sojabohne im Ökologischen Landbau durchgeführt. Abb. 8 Sojazüchtung an der Landessaatzuchtanstalt

15 Züchtung von Energiepflanzen 11 Züchtung von Energiepflanzen Energie vom Acker Der Anbau von Pflanzen zur Energiegewinnung steigt jährlich an. Trotzdem bestehen für die zukünftige Nutzung von Biomasse als Energieträger weitere Spielräume. Durch die Steigerung der landwirtschaftlichen Produktivität von 1 bis 1,5 Prozent je Jahr werden in Deutschland jährlich bis Hektar frei, ohne dass die Nahrungsmittelproduktion eingeschränkt werden müsste. Um eine hohe Biodiversität des Energiepflanzenanbaus zu gewährleisten, müssen neben den bislang wichtigsten Energiepflanzen Raps (Biodiesel) und Mais (Biogas) weitere Kulturarten züchterisch so bearbeitet werden, dass ein wirtschaftlicher Einsatz möglich ist. Die Landessaatzuchtanstalt bearbeitet daher die Getreidearten Roggen und Triticale sowie die Sonnenblume für die Nutzung als Substrat in Biogasanlagen (Abb. 7). Grundlegende Untersuchungen sollen den Aufbau von Zuchtprogrammen ermöglichen, die auf eine Ganzpflanzennutzung mit erhöhtem Methanertrag abzielen. Dazu ist es nötig, den Gesamt-Biomasseertrag zu steigern und den Einfluss von spezifischen Qualitätsmerkmalen auf die Methanausbeute zu erforschen. Bioenergie-Triticale und Roggen Für den Einsatz von Triticale und Roggen in Biogasanlagen wird die gesamte Pflanze geerntet. Hauptzuchtziel ist ein hoher Trockenmasseertrag zur Milchreife. Bei der bisherigen Nutzung von Triticale und Roggen als Korn ist jedoch ausschließlich der Kornertrag zur Vollreife maßgeblich. Unsere umfangreichen Untersuchungen haben ergeben, dass eine Beziehung zwischen Kornertrag und Gesamt- Biomasseertrag besteht und dadurch ein kombiniertes Züchtungsprogramm möglich wird. Hierzu entwickeln wir Methoden für eine nichtinvasive Schätzung des Biomasseertrags über moderne Sensortechnik. Weitere Untersuchungen in Zusammenarbeit mit privaten Zuchtunternehmen zielen darauf ab, ertragsrelevante Genombereiche zu identifizieren und für die praktische Pflanzenzüchtung durch diagnostische molekulare Marker zu erschließen, um so eine schnellere und effizientere Entwicklung von Sorten zu ermöglichen. Abb. 9 Züchtung von Sonnenblume für die Biogasproduktion Bioenergie-Sonnenblumen Fette erzielen in Biogasanlagen sehr hohe Methanausbeuten. Daher sind Ölpflanzen prinzipiell für diesen Einsatzbereich interessant. Unsere Untersuchungen haben jedoch gezeigt, dass Sonnenblumen, die für eine Körnernutzung gezüchtet wurden, zu geringe Trockenmasseerträge erzielen, um wirtschaftlich für Biogasanlagen einsetzbar zu sein. Genetische Ressourcen von Sonnenblumen erreichen dagegen erstaunliche Pflanzenlängen von bis zu fünf Metern. Solches Material wurde in Elitelinien eingekreuzt und auf Standfestigkeit selektiert. Mit diesen Sonnenblumen konnten bedeutende Ertragssteigerungen der Gesamtbiomasse bis zu einem Trockenmasseertrag von 21 Tonnen pro Hektar erzielt werden. In den mehrjährigen Untersuchungen zeigte sich auch, dass auf den typischen Sonnenblumenstandorten geringere Trockenmasseerträge erzielt werden als auf Standorten, die aufgrund ihrer Klimaeigenschaften Grenzstandorte für einen Körnersonnenblumenanbau darstellen. In Gebieten, die für den Maisanbau zu kühl und zu feucht sind, sind Sonnenblumen eine interessante Alternative für den Einsatz in Biogasanlagen. Wichtig ist hierbei, die Biogasausbeute aus Sonnenblumenstängeln weiter zu steigern. Dies verfolgen wir in Kooperationsprojekten mit Züchtungsfirmen.

16 12 Krankheitsresistenz und abiotische Stresstoleranz Krankheitsresistenz und abiotische Stresstoleranz Krankheitsresistenz Alle Kulturpflanzen werden von zahlreichen Krankheiten und Schädlingen befallen, diese vernichten weltweit etwa 30 Prozent der Ernte. In Mitteleuropa spielen vor allem Schadpilze eine Rolle, aber auch Viren und Insekten sind bei einigen Kulturpflanzen bedeutend. Die derzeit wichtigsten Krankheitserreger bei Weizen, Triticale und Roggen sind Ährenfusariosen, verursacht von einem Komplex aus Fusarium-Arten (Abb. 10). Sie führen nicht nur zu Ertragsverlusten, sondern auch zu einer Kontamination des Erntegutes durch natürliche Stoffwechselprodukte des Pilzes, die Mykotoxine, die für Mensch und Tier giftig sind. Außerdem spielt bei Weichweizen die Blattdürre (Septoria tritici), bei Roggen der Mutterkorn (Claviceps purpurea) und der Schwarzrost (Puccinia graminis), bei Hartweizen der Braunrost (Puccinia recondita) sowie beim ökologischen Dinkelanbau der Zwergsteinbrand (Tilletia contro-versa) eine besondere Rolle. Die Landessaatzuchtanstalt beschäftigt sich in Zusammenarbeit mit praktischen Züchtungsunternehmen intensiv mit der genetischen Resistenz gegen diese Krankheiten. Sie wird in Abhängigkeit von der jeweiligen Krankheit qualitativ, d.h. durch einzelne Gene, und/oder quantitativ, d.h. durch viele Gene, vererbt. Quantitative Resistenzen sind in der züchterischen Bearbeitung anspruchsvoller, lassen aber auch eine höhere Dauerhaftigkeit im praktischen Anbau erwarten. Resistenzzüchtung ist eine wichtige Komponente des Integrierten Pflanzenschutzes. Sie führt zu einer erhöhten Widerstandsfähigkeit der Kulturpflanzen, weshalb weniger Fungizide benötigt werden und das Erntegut für den Verbraucher sicherer wird. Voraussetzungen einer erfolgreichen Resistenzzüchtung sind die Kenntnis von Resistenzquellen, die Erzielung einer breiten genetischen Variation für die entsprechenden Resistenzen im Elite- Zuchtmaterial sowie effektive Methoden zur Selektion spaltender Populationen im Feld. Dies schließt auch die Kombination von Resistenzen gegen mehrere Krankheiten im selben Material ein. In der Vergangenheit wurde Resistenzzüchtung meist einseitig vom Wirt her gesehen. Um aber dauerhafte Resistenzen zu erreichen, ist es mindestens genauso wichtig, die genetische Variation des Erregers und wichtige Faktoren seiner Populationsdynamik zu kennen. Wir untersuchen bei mehreren Fusarium-Arten die molekulare Diversität, Aggressivität und Mykotoxinproduktion definierter Feldpopulationen und versuchen die genetischen Ursachen Abb. 10 Fusariumbefall führt zu hohen Ernteverlusten und starken Belastungen durch Mykotoxine. Links: Infektion im Weizenbestand, rechts: Vergleich einer wenig bzw. hoch anfälligen Sorte nach künstlicher Infektion.

17 Krankheitsresistenz und abiotische Stresstoleranz 13 dieser Diversität zu erfassen. Dies ermöglicht Rückschlüsse über die Plastizität der Populationen und ihre möglichen Anpassungen an neue Resistenzquellen. Auf Seiten der Wirtsresistenz führen wir Studien zur Vererbung quantitativer Resistenzen mit klassischen und molekularen Methoden und zur Optimierung der züchterischen Selektion durch. Schwerpunkte der letzten Jahre waren die Vererbung der Mutterkornresistenz bei Roggen, die molekulare Kartierung der Resistenz gegen Septoria tritici bei Weizen sowie die Überprüfung der Effektivität markergestützter Selektion und Rückkreuzung von Genen aus exotischen Quellen in europäisches Elitezuchtmaterial. Aus der ganzheitlichen Betrachtung der genetischen Variation von Pathogen und Wirt, der so genannten Pathosystem-Analyse, werden optimale Strategien des Resistenzmanagements abgeleitet. erforschen wir in Zusammenarbeit mit Züchtungsunternehmen Methoden, um eine solche Selektion unter züchterischen Bedingungen im Feld durchzuführen. Dabei interessiert neben der technischen Machbarkeit vor allem die Frage, ob es spezifische Anpassungen einzelner Genotypen an Trockenstress gibt. Der Kerngedanke besteht darin, auf Standorten mit zu erwartender Trockenheit im Frühsommer mittels einer Tröpfchenbewässerung optimale Wachstumsbedingungen zu erzielen und den dort gewonnenen Kornertrag mit der Leistung desselben Genotyps ohne Bewässerung zu kontrastieren. Auf dieser Grundlage erforschen wir in umfangreichen Studien die genetische Architektur der Trockenstresstoleranz mit Hilfe molekularer Marker. Deren Kenntnis stellt einen wichtigen Beitrag zur wissensbasierten Pflanzenzüchtung dar, die Kombination günstiger QTL-Allele sollte einen rascheren Fortschritt ermöglichen. Abiotische Stresstoleranz Aufgrund des globalen Klimawandels ist damit zu rechnen, dass es auch in Mitteleuropa zunehmend zu Trockenstressphasen bei kleinkörnigem Getreide kommt. Dies betrifft besonders das Frühjahr. So waren die Aprilmonate 2007, 2009, 2010 und 2011 die trockensten der letzten zwanzig Jahre. Im Jahr 2003 war es während der ganzen Vegetationsperiode zu trocken, so dass es in Brandenburg bei Roggen zu großräumigen Ertragsrückgängen um durchschnittlich 35 Prozent kam. Auch die langfristigen regionalen Klimamodelle rechnen mit einer Vorverlegung des Frühjahrs, einer stärkeren Erwärmung im Sommer und weniger Niederschlägen in Deutschland. Roggen und Triticale gehören zu den trockentolerantesten Fruchtarten, aber sie werden häufig auf leichteren Böden angebaut, die nur eine geringe Wasserspeicherkapazität besitzen und besonders stark von ausbleibenden Niederschlägen betroffen sind. Deshalb geht es bereits heute darum, trockentolerantere Genotypen zu selektieren. Dies wird in der wissenschaftlichen Forschung häufig in Gefäßversuchen und/oder mit apparativ sehr aufwändigen Erfassungsmethoden verfolgt. Beides ist im züchterischen Maßstab nicht durchführbar, weil jedes Jahr Tausende von Kandidaten selektiert werden müssen. Deshalb Abb. 11 Trockenstress-Versuch bei Hybridroggen, links unbewässerter, rechts bewässerter Streifen. Deutlich sichtbar wird die vorzeitige Abreife der Stressvariante (Foto: P. Wilde) Bisherige Feldversuche bei Roggen zeigen, dass Hybriden auch unter Trockenstress- Bedingungen eine höhere Ertragsleistung erbringen als Populationssorten. Eine vergleich-

18 14 Krankheitsresistenz und abiotische Stresstoleranz bare Tendenz deutet sich bei Triticalehybriden im Vergleich zu Linien an. Dabei konnten wir Roggen-Hybriden identifizieren, die sowohl unter optimalen als auch unter Trockenstress- Bedingungen überdurchschnittlich hohe Erträge erzielten. Diese Genotypen sind sehr wertvoll, denn schließlich tritt in Deutschland nicht jedes Jahr Trockenstress auf. Bei Hartweizen besteht die Möglichkeit, der zunehmenden Frühjahrstrockenheit durch die Einführung von winterfesten Sorten zu begegnen. Grundlage hierfür ist die Identifikation von Linien, die selbst extreme Kältestressbedingungen überstehen. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass bei allen Getreidearten die Wahl des geeigneten Sortentyps wichtig ist, um die Herausforderungen des Klimawandels erfolgreich zu bewältigen. Die Landessaatzuchtanstalt arbeitet daher intensiv an der Einführung neuer Sortentypen bei Triticale und Hartweizen sowie den methodischen Grundlagen der Trockenstresstoleranz bei Roggenhybriden. Erfolge in Form von zugelassenen Sorten sind zu verzeichnen.

19 Sensorbasierte Phänotypisierung 15 Sensorbasierte Phänotypisierung im Feld Der Selektionserfolg in der Pflanzenzüchtung ist eine Funktion aus der Anzahl an Genotypen, die für agronomisch relevante Zielmerkmale getestet werden, und der Genauigkeit der Erfassung des genotypischen Wertes. Beide sind von schnellen und genauen Technologien der Phänotypisierung abhängig. Während in der vergangenen Dekade die Methoden im Bereich der Genomik rasant weiterentwickelt wurden und die Genotypisierung bei vielen Kulturarten mittlerweile über Sequenzierung kostengünstig erfolgt, wurden die Verfahren der Phänotypisierung im Feld vernachlässigt. Durch die enge Anbindung an das deutschlandweit leistungsstärkste öffentliche Feldprüfungsnetzwerk, die Versuchsstation für Agrarwissenschaften der Universität Hohenheim, erkannten Wissenschaftler der Landessaatzuchtanstalt frühzeitig die Notwendigkeit, komplexe Zuchtziele wie Qualität und Biomasseleistung in Feldversuchen nicht-invasiv zu erfassen. Erhebung von Qualitätsmerkmalen in Feldversuchen Der Zeitraum zwischen Ernte und Aussaat ist bei den meisten Winterkulturen sehr knapp. In dieser Periode müssen aber Tausende von Zuchtstämmen für Qualitätsmerkmale, etwa Feuchtegehalt, Protein-, Stärke-, Pentosangehalte oder Backqualität, evaluiert werden. Eine schnelle Phänotypisierung dieser großen Zahl an Zuchtstämmen durch nasschemische Analysenverfahren ist nicht praktikabel. Daher etablierten Wissenschaftler der Landessaatzuchtanstalt in den vergangenen Jahren Qualitätsbestimmungen bei Getreiden über Spektroskopie im Nahen Infrarot-Bereich (NIRS). Die NIRS-Verfahren werden nun für die angewandte Forschung in der Landessaatzuchtanstalt routinemäßig eingesetzt. Ein weiterer Ansatz bestand in der Verlagerung der NIRS-Analyse bestimmter Merkmale vom Labor auf das Feld durch instrumentelle Neuentwicklungen. In den kommenden Jahren wird das Spektrum an Merkmalen, die über NIRS bestimmt werden, in enger Kooperation mit der Landesanstalt für landwirtschaftliche Chemie stetig erweitert. Ein Schwerpunkt ist dabei die Verbesserung der Futterwertbestimmung bei Getreiden. Abb. 12 Sensorplattform für nicht invasive Bestimmung der Biomasse von Getreiden in Feldversuchen. Eingesetzt werden unterschiedliche bildgebende Sensoren. Nicht-invasive Schätzung von Biomasse in Feldversuchen Die Erfassung der dynamischen Reaktionen von Pflanzen auf Trockenheit, Kälteeinbrüche oder Hitze ist entscheidend, um die genetische Architektur abiotischer Stresstoleranz aufzuklären. Weiterhin ist die nicht-invasive Erfassung von Biomasse eine wichtige Voraussetzung für eine erfolgreiche duale Selektion von Getreiden auf Kornertrag und Ganzpflanzen-Biomasse. In enger Kooperation mit der Hochschule Osnabrück entwickeln daher Wissenschaftler der Landessaatzuchtanstalt eine Plattform für die nicht-invasive Phänotypisierung von Getreide-Beständen im Feldmaßstab (Abb. 12). Hierzu werden als Sensoren 3D-Kameras, Spectral-Imaging, Lichtgitter und Lasersensoren verwendet. Die bisherigen Ergebnisse sind vielversprechend, zeigen aber auch, dass ausreichend Raum für Verbesserungen gegeben ist. In Folgeprojekten soll die entwickelte Plattform Schritt für Schritt über die Integration neuer Sensoren, wie bildgebende Spektralanalysen in dynamischen Systemen, Multiview-3D-Kamera-systeme, Ultraschall- Mehrfach-Reflexion-Messungen, Terahertz-, NMR- oder Lichtfeld-Technologien, optimiert werden.

20 16 Publikationen Publikationen ( ) Peer reviewed (P) Alheit, K.V., Busemeyer, L., Liu, W., Maurer, H.P., Gowda, M., Hahn, V., Weissmann, S., Ruckelshausen, A., Reif, J.C., and T. Würschum Multiple-line cross QTL mapping for biomass yield and plant height in triticale ( Triticosecale Wittmack). Theoretical and Applied Genetics, DOI /s (IF: 3.66) 132. Busemeyer, L., D. Mentrup, K. Möller, E. Wunder, K. Alheit, V. Hahn, H.P. Maurer, J.C. Reif, T. Würschum, J. Müller, F. Rahe, and A. Ruckelshausen Breedvision A multi-sensor platform for non-destructive field based phenotyping in plant breeding. Sensors, 13: (IF: 1.74) 131. Busemeyer, L., Ruckelshausen, A., Möller, K., Melchinger, A.E., Alheit, K.V., Maurer, H.P., Hahn, V., Weissmann, E.A., Reif, J.C., and T. Würschum Precision phenotyping of biomass accumulation in triticale reveals temporal genetic patterns of regulation. Scientific Reports, 3:2442 (IF: 2.93) 130. Gowda, M., Zhao, Y., Würschum, T., Longin, C.F.H., Miedaner, T., Ebmeyer, E., Schachschneider, R., Kazman, E., Schacht, J., Martinant, J.-P., Mette, M.F., and J.C. Reif Relatedness severly impacts accuracy of marker-assisted selection for disease resistance in hybrid wheat. Heredity, DOI: /hdy (IF: 4.11) 129. Gowda, M., Y. Zhao, H.P. Maurer, E.A. Weissmann, T. Würschum, and J.C. Reif Best linear unbiased prediction of triticale hybrid performance. Euphytica, 191: (IF: 1.55) 128. Haffke, S., B. Kusterer, F.J. Fromme, S. Roux, B. Hackauf, and T. Miedaner Analysis of covariation of grain yield and dry matter yield for breeding dual use hybrid rye. Bioenergy Research, DOI: /s (IF: 4.25) 127. Hübner, M., P. Wilde, B. Schmiedchen, P. Dopierala, M. Gowda, J.C. Reif, and T. Miedaner Hybrid rye performance under natural drought stress in Europe. Theoretical and Applied Genetics, 126: (IF: 3.66) 126. Klocke, B., K. Flath, and T. Miedaner Virulence phenotypes in powdery mildew (Blumeria graminis) populations and resistance genes in triticale (x Triticosecale). European Journal of Plant Pathology, 137: (IF: 1.61) 125. Li, Y., S. Zhao, J. Ma, D. Li, L. Yan, J. Li, X. Qi, X. Guo, L. Zhang, W. He, R. Chang, Q. Liang, Y. Guo, C. Ye, X. Wang, Y. Tao, R. Guan, J. Wang, Y. Liu, L. Jin, X. Zhang, Z. Liu, L. Zhang, J. Chen, K. Wang, R. Nielsen, R. Li, P. Chen, W. Li, J.C. Reif, M. Purugganan, J. Wang, M. Zhang, J. Wang, and L. Qiu Molecular footprints of domestication and improvement in soybean revealed by whole genome re-sequencing. BMC Genomics 2013, 14:579 (IF: 4.40) 124. Liu, W., H.P. Maurer, J.C. Reif, A.E. Melchinger, H.F. Utz, M.R. Tucker, N. Ranc,G. Della Porta, and T. Würschum Optimum design of family structure and allocation of resources in association mapping with lines from multiple crosses. Heredity, 110:71 79 (IF: 4.11)

21 Publikationen Livaja, M., Y. Wang, S. Wieckhorst, G. Haseneyer, M. Seidel, V. Hahn, S.J. Knapp, S. Taudien, C.-C. Schön, and E. Bauer BSTA: A target approach combines bulked segregant analysis with next generation sequencing and de novo transcriptome assembly for SNP discovery in sunflower. BMC Genomics, 14:628 (IF: 4.40) 122. Longin, C.F.H., M. Gowda, J. Mühleisen, E. Ebmeyer, E. Kazman, R. Schachschneider, J. Schacht, Y. Zhao, and J.C. Reif Hybrid wheat: Quantitative genetic parameters and consequences for the design of breeding programs. Theoretical and Applied Genetics, 126: (IF: 3.66) 121. Longin, C.F.H., A. Sieber, and J.C. Reif Combining frost tolerance, high grain yield and good pasta quality in durum wheat. Plant Breeding, 132: (IF: 1.18) 120. Mahone, G.S., M. Frisch, T. Miedaner, P. Wilde, H. Wortmann, and K.C. Falke Identification of quantitative trait loci in rye introgression lines carrying multiple donor chromosome segments. Theoretical and Applied Genetics, 126:49-58 (IF: 3.66) 119. Melchinger, A.E., Schipprack, W., Würschum, T., Chen, S., and F. Technow Rapid and accurate identification of in vivo-induced haploid seeds based on oil content in maize. Scientific Reports, 3:2129 (IF: 2.93) 118. Miedaner, T., D.D. Schwegler, P. Wilde, and J.C. Reif Association between line per se and testcross performance for eight agronomic and quality traits in winter rye. Theoretical and Applied Genetics, DOI: /s (IF: 3.66) 117. Miedaner, T., F. Caixeta, and F. Talas Head-blighting populations of Fusarium culmorum from Germany, Russia, and Syria analyzed by microsatellite markers show a recombining structure. European Journal of Plant Pathology, 137: (IF: 1.61) 116. Miedaner, T., and C.F.H. Longin Genetic variation for resistance to Fusarium head blight in elite winter durum material. Crop and Pasture Science, DOI /CP13170 (IF: 1.13) 115. Miedaner, T., Y. Zhao, M. Gowda, C.F.H. Longin, V. Korzun, E. Ebmeyer, E. Kazman, and J.C. Reif Genetic architecture of resistance to Septoria tritici blotch in European wheat. BMC Genomics, 14:858 (IF: 4.40) 114. Mühleisen, J., H.P. Maurer, G. Stiewe, P. Bury, and J.C. Reif Hybrid breeding in barley. Crop Science, 53: (IF: 1.64) 113. Mühleisen, J., J.C. Reif, H.P. Maurer, J. Möhring, and H.-P. Piepho Visual scorings of drought stress intensity as covariates for improved variety trial analysis. Journal of Agronomy and Crop Science, 199: (IF: 2.15) 112. Mühleisen, J., H.-P. Piepho, H.P. Maurer, C.F.H. Longin, and J.C. Reif Yield stability of hybrids versus lines in wheat, barley, and triticale. Theoretical and Applied Genetics, DOI: /s (IF: 3.66) 111. Reif, J.C., Y. Zhao, T. Würschum, M. Gowda, and V. Hahn Genomic prediction of sunflower hybrid performance. Plant Breeding, 132: (IF: 1.18) 110. Schwegler, D.D., W. Liu, M. Gowda, T. Würschum, B. Schulz, and J.C. Reif Multiple-line cross quantitative trait locus mapping in sugar beet (Beta vulgaris L.). Molecular Breeding, 31: (IF: 2.85)

22 18 Publikationen 109. Stange, M., Utz, H.F., Schrag, T.A., Melchinger, A.E., and T. Würschum Highdensity genotyping: an overkill for QTL mapping? Lessons learned from a case study in maize and simulations. Theoretical and Applied Genetics, 126: (IF: 3.66) 108. Tucker, M.R., Roodbarkelari, F., Truernit, E., Adamski, N.M., Hinze, A., Lohmüller, B., Würschum, T., and T. Laux Accession-specific modifiers act with ZWILLE/ARGONAUTE10 to maintain shoot meristem stem cells during embryogenesis in Arabidopsis. BMC Genomics, 14:809 (IF: 4.40) 107. Würschum, T., Reif, J.C., Kraft, T., Janssen, G., and Y. Zhao Genomic selection in sugar beet breeding populations. BMC Genetics, 14:85 (IF: 2.81) 106. Würschum, T., Abel, S., and Y. Zhao Potential of genomic selection in rapeseed (Brassica napus L.) breeding. Plant Breeding, DOI: /pbr (IF: 1.18) 105. Würschum, T., and T. Kraft Cross-validation in association mapping and its relevance for the estimation of QTL parameters of complex traits. Heredity, DOI: /hdy (IF: 4.11) 104. Würschum, T., Tucker, M.R., and H.P. Maurer Stress treatments influence efficiency of microspore embryogenesis and green plant regeneration in hexaploid triticale ( Triticosecale Wittmack L.). In Vitro Cellular and Developmental Biology-Plant, DOI: /s (IF: 1.14) 103. Würschum, T., H.P. Maurer, F. Dreyer, and J.C. Reif Effect of inter- and intragenic epistasis on the heritability of oil content in rapeseed (Brassica napus L.).Theoretical and Applied Genetics, 126: (IF: 3.66) 102. Würschum, T., S.M. Langer, C.F.H. Longin, V. Korzun, E. Akhunov, E. Ebmeyer,R. Schachschneider, J. Schacht, E. Kazman, and J.C. Reif Population structure, genetic diversity and linkage disequilibrium in elite winter wheat assessed with SNP and SSR markers. Theoretical and Applied Genetics, 126: (IF: 3.66) 101. Zhao, Y., M. Gowda, W. Liu, T. Würschum, H.P. Maurer, C.F.H. Longin, N. Ranc, H. P. Piepho, and J.C. Reif Choice of shrinkage parameter and prediction of genomic breeding values in elite maize breeding populations. Plant Breeding, 132: (IF: 1.18) 100. Zhao, Y., F. M. Mette, M. Gowda, C. F. H. Longin, and J.C. Reif Bridging the gap between marker-assisted and genomic selection of heading time and plant height in hybrid wheat. Heredity, DOI: /hdy (IF: 4.11) 99. Zhao, Y., Gowda, M., Würschum, T., Longin, C.F.H., Korzun, V., Kollers, S., Schachschneider, R., Zeng, J., Fernando, R., Dubcovsky, J., and J.C. Reif Dissecting the genetic architecture of frost tolerance in Central European winter wheat. Journal of Experimental Botany, 64: (IF: 5.24) Alheit, K.V., H.P. Maurer, J.C. Reif, M.R. Tucker, V. Hahn, E.A. Weissmann, and T. Würschum Genome-wide evaluation of genetic diversity and linkage disequilibrium in winter and spring triticale ( Triticosecale Wittmack). BMC Genomics, 13:235 (IF: 4.07)

23 Publikationen Cai, H., F. Chen, G. Mi, F. Zhang, H.P. Maurer, W. Liu, J.C. Reif, and L. Yuan Mapping QTLs for root system architecture of maize (Zea mays L.) in the field at different developmental stages. Theoretical and Applied Genetics, 125: (IF: 3.30) 96. Gowda, M., C.F.H. Longin, V. Lein, and J.C. Reif Relevance of specific versus general combining ability in winter wheat. Crop Science, 52: (IF: 1.64) 95. Liu, W., J.C. Reif, N. Ranc, G. Della Porta, and T. Würschum Comparison of biometrical approaches for QTL detection in multiple segregating families. Theoretical and Applied Genetics, 125: (IF: 3.30) 94. Longin, C.F.H., J. Mühleisen, H.P. Maurer, H. Zhang, M. Gowda, and J.C. Reif Hybrid breeding in autogamous cereals. Theoretical and Applied Genetics, 125: (IF: 3.30) 93. Martin, M., B.S. Dhillon, T. Miedaner, and A.E. Melchinger Inheritance of resistance to Gibberella ear rot and deoxynivalenol contamination in five flint maize crosses. Plant Breeding, 131:28-32 (IF: 1.60) 92. Martin, M., T. Miedaner, D.D. Schwegler, B. Kessel, M. Ouzunova, B.S. Dhillon, W. Schipprack, H.F. Utz, and A.E. Melchinger Comparative quantitative trait loci mapping for Gibberella ear rot resistance and reduced deoxynivalenol contamination across connected maize populations. Crop Science, 52:32-43 (IF: 1.64) 91. Martin, M., W. Schipprack, T. Miedaner, B.S. Dhillon, B. Kessel, M. Ouzunova, and A.E. Melchinger Variation and covariation for Gibberella ear rot resistance and agronomic traits in testcrosses of doubled haploid maize lines. Euphytica,185: (IF: 1.55) 90. Miedaner, T., and V. Korzun Marker-assisted selection for disease resistance in wheat and barley breeding. Phytopathology, 102: (IF: 2.80) 89. Miedaner, T., B. Klocke, K. Flath, H.H. Geiger, and W.E. Weber Diversity, spatial variation, and temporal dynamics of virulences in the German leaf rust (Puccinia recondita f. sp. secalis) population in winter rye. European Journal of Plant Pathology, 132:23-35 (IF: 1.41) 88. Miedaner, T., M. Hübner, V. Korzun, B. Schmiedchen, E. Bauer, G. Haseneyer, P. Wilde, and J.C. Reif Genetic architecture of complex agronomic traits examined in two testcross populations of rye (Secale cereale L.). BMC Genomics, 13:706 (IF: 4.07) 87. Miedaner, T., P. Risser, S. Paillard, T. Schnurrbusch, B. Keller, L. Hartl, J. Holzapfel, V. Korzun, E. Ebmeyer, and H.F. Utz Broad-spectrum resistance loci for three quantitatively inherited diseases in two winter wheat populations. Molecular Breeding, 29: (IF: 2.85) 86. Miedaner, T., S. Koch, A. Seggl, B. Schmiedchen, and P. Wilde Quantitative genetic parameters for selection of biomass yield in hybrid rye. Plant Breeding, 131: (IF: 1.60) 85. Mittweg, G., H. Oechsner, V. Hahn, A. Lemmer, and A. Reinhardt-Hanisch Repeatability of a laboratory batch method to determine the specific biogas and methane yields. Engineering in Life Sciences, 12: (IF: 1.93)

24 20 Publikationen 84. Steinhoff, J., W. Liu, H.P. Maurer, T. Würschum, C.F.H. Longin, N. Ranc, and J.C. Reif Exploitation of elite maize (Zea mays L.) germplasm across maturity zones. Crop Science, 52: (IF: 1.64) 83. Steinhoff, J., W. Liu, J.C. Reif, G. Della Porta, N. Ranc, and T. Würschum Detection of QTL for flowering time in multiple families of elite maize. Theoretical and Applied Genetics, 125: (IF: 3.30) 82. Talas, F., R. Kalih, and T. Miedaner Within-field variation of Fusarium graminearum isolates for aggressiveness and deoxynivalenol production in wheat head blight. Phytopathology, 102: (IF: 2.80) 81. Talas, F., T. Würschum, J.C. Reif, H.K. Parzies, and T. Miedaner Association of single nucleotide polymorphic sites in candidate genes with aggressiveness and deoxynivalenol production in Fusarium graminearum causing wheat head blight. BMC Genetics, 13:14 (IF: 2.48) 80. Würschum, T Mapping QTL for agronomic traits in breeding populations.theoretical and Applied Genetics, 125: (IF: 3.30) 79. Würschum, T., M.R. Tucker, J.C. Reif, and H.P. Maurer Improved efficiency of doubled haploid generation in hexaploid triticale by in vitro chromosome doubling. BMC Plant Biology, 12:109 (IF: 3.45) 78. Würschum, T., W. Liu, H.P. Maurer, S. Abel, and J.C. Reif Dissecting the genetic architecture of agronomic traits in multiple segregating populations in rapeseed (Brassica napus L.). Theoretical and Applied Genetics, 124: (IF: 3.30) 77. Würschum, T., W. Liu, M. Gowda, H.P. Maurer, S. Fischer, A. Schechert, and J.C. Reif Comparison of biometrical models for joint linkage association mapping. Heredity, 108: (IF: 4.60) 76. Zhao, Y., M. Gowda, C.F.H. Longin, T. Würschum, N. Ranc, and J.C. Reif Impact of selective genotyping in the training population on accuracy and bias of genomic selection. Theoretical and Applied Genetics, 125: (IF: 3.30) 75. Zhao, Y., M. Gowda, W. Liu, T. Würschum, H.P. Maurer, C.F.H. Longin, N. Ranc,and J.C. Reif Accuracy of genomic selection in European maize elite breeding populations. Theoretical and Applied Genetics, 124: (IF: 3.30) Alheit, K.V., J.C. Reif, H.P. Maurer, V. Hahn, E.A. Weissmann, T. Miedaner, and T. Würschum Detection of segregation distortion loci in triticale (x Triticosecale Wittmack) based on a high-density DArT marker consensus genetic linkage map. BMC Genomics 2011, 12:380 (IF: 4.21) 73. Gowda, M., V. Hahn, J.C. Reif, C.F.H. Longin, K. Alheit, and H.P. Maurer Potential for simultaneous improvement of grain and biomass yield in central European winter triticale germplasm. Field Crops Research, 121: (IF: 2.03) 72. Grieder, C., G. Mittweg, B.S. Dhillon, J.M. Montes, E. Orsini, and A.E. Melchinger Determination of methane fermentation yield and its kinetics by near infrared