Erzeugung triploider Individuen und. intersektioneller Hybriden. bei verschiedenen Pappelarten

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Axel Fiedler
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1 Erzeugung triploider Individuen und intersektioneller Hybriden bei verschiedenen Pappelarten Dietrich Ewald, Kristina Ulrich und Heike Liesebach Johann Heinrich von Thünen Institut, Institut für Forstgenetik

2 Pappeln der Sektion Populus (früher Leuce), also Aspen, Graupappeln u. a., modellhaft auch mit anderen Pappeln Erzeugung: 1) Triploider Individuen Pflanzen mit einem dreifachen Chromosomensatz (3N), (normal ist ein zweifacher (2N)) 2) Intersektioneller Hybriden Methoden: Gewebekultur Embryo Rescue (ER) Mikrovermehrung Ploidieanalyse Flowcytometrie Kreuzungs-,Klon- und Ploidieanalyse Mikrosatellitenanalyse

Ausgewählte triploide Gehölze hatten schon immer eine Bedeutung, z.b. im Obstbau, >50 Apfelsorten 3N, mind.

, aber: sogenannte schlechte Vererber ) im Forstbereich z.b. Pappelklon Astria ; Fröhlich 1955 (4N P. tremula x 2N P.

x euramericana) Triploide Klone der Sektion Populus: [(P.tomentosa x P. bolleana) x P. tomentosa] oder (P.alba x P.

3 Ausgewählte triploide Gehölze hatten schon immer eine Bedeutung, z.b. im Obstbau, >50 Apfelsorten 3N, mind. 5 Birnensorten 3N z.b. Kaiser Wilhelm (1864 Zufallssämling) z.b. Gute Luise, (1778 Zufallssämling) (beide stark wachsend!, aber: sogenannte schlechte Vererber ) im Forstbereich z.b. Pappelklon Astria ; Fröhlich 1955 (4N P. tremula x 2N P.tremuloides) ausgewählte 3N-Pappelklone in China z.b. Wuhei-1 Zhonglin-46 (P. x euramericana) (P. x euramericana) Triploide Klone der Sektion Populus: [(P.tomentosa x P. bolleana) x P. tomentosa] oder (P.alba x P. glandulosa) x P. tomentosa (Kang et al. 2004) Klon BY320; 55% höheres Wachstum, 119% höherer basaler Durchmesser Bildquelle: Kang, XY Prof. Zhu, ZT

4 Was zeichnet triploide Pflanzen aus? 1. häufig ein besserer Wuchs 2N 3N 2. teilweise Gigas-Merkmale (für Blüten und Früchte, gelegentlich auch für Blätter) 3. oft eine gestörte Fertilität 3N : 2 =? (nach Kang 2011) (z.b. bei Citrus folgt daraus weniger oder keine Samenbildung, Bradshaw & Stettler alle untersuchten 3N Pappeln entwickelten Blüten, waren aber nicht fertil, ebenso chin. Klon 741 ) für Forstpflanzen: z.b. Pappel kommen dazu: veränderte Resistenzen, z.b. durch veränderte Blattstrukturen (Insektenfraß/Pilzbefall) Angepasstheit (Ploidie und Angepasstheit) Holzeigenschaften, z.b. oft höhere Faserlängen, geringerer Ligninanteil

5 Wie entstehen (erzeugt man) triploide Pflanzen? durch eine Beeinflussung der Meiose (Reifeteilung) Pollenmutterzelle (PMZ) 1 1 oder 2? 2 2N + 1N = 3N - Thermobehandlung von PMZ (38 C, 3h) - natürlich vorkommende große Pollenkörner durch Siebung mit der Siebmaschine Verwendung der Fraktion µm manuelle Auswahl der größten Pollen zur Bestäubung P. androscoggin Siebfraktionen ungesiebt 32-45µm und größ er

6 1. In vitro- Bestäubung (IVB) Selektiertes Pollenkorn Embryo-Entwicklung Zygotische Embryonen Embryo-Rescue Bestäubung Keimende Samen Narbe mit Pollenkorn Übertragung ins GWH

Ergebnis: triploide Klone a) In-vitro-Bestäubung IVB 1. L40 x L2 Thermo Nr.1 ([P. tremula x P.

tremula) Tripi (IVB 2009), thermobehandelter Pollen 2010: Baumschulversuch - Wachstum vergleichbar mit

tremula) (IVB 2010) gesiebter Pollen; Baumschulversuch 2011 3. L328 x L449 Nr. 1 ([P. tremula x P.

7 Ergebnis: triploide Klone a) In-vitro-Bestäubung IVB 1. L40 x L2 Thermo Nr.1 ([P. tremula x P. tremuloides] x P. tremula) Tripi (IVB 2009), thermobehandelter Pollen 2010: Baumschulversuch - Wachstum vergleichbar mit Astria 2. L40 x L311 Nr.1([P. tremula x P. tremuloides] x P. tremula) (IVB 2010) gesiebter Pollen; Baumschulversuch L328 x L449 Nr. 1 ([P. tremula x P. tremuloides] x P. canescens) (IVB 2011) gesiebter Pollen 4. ARB4M x ARB2 Nr.1 ([P. tremula x P. tremuloides] x [P. tremula x P. tremuloides]) (IVB 2010) gesiebter Pollen, in vitro- Vermehrung und Wachstum geprüft, schlechtes Wachstum > verworfen 3n 3n

8 Ergebnis: triploide Klone b) Kreuzung mit gesiebtem Pollen und Selektion mittels FlowCytometrie L40 x L311 ([P. tremula x P. tremuloides] x [P. tremula]) (Kreuzung, 2011) von 460 Pflanzen wurden 3 Klone selektiert: Nr. 3, Nr. 38, Nr. 277 (Ziel: 3N (intersektionelle Kreuzung) S39 x P. Androscoggin([P. deltoides x [P. maximowiczii (Kreuzung, 2011) von 500 Pflanzen wurden 4 Klone isoliert Kombination war über 2 Jahre getestet - sehr langes Wuchsintervall, bisher hohe Rostresistenz - Saatgut 2010 erzeugt - im Frühjahr 2011 ausgesät > Auslese triploider Pflanzen x P. trichocarpa]) ca. 1% Ausbeute Nr Einfluss der Triebspitzenkrankheit (Pollaccia sp.)

Auffinden neuer (alter) triploider Leistungsbäume (Graupappel) Quelle: Google maps

Untersuchung mit Mikrosatelliten: -ein Klon ist L84, -der zweite ist der verschwundene

9 Auffinden neuer (alter) triploider Leistungsbäume (Graupappel) Quelle: Google maps geschätztes Alter war Jahre, Buchhorst 2 Höhe: 31 m BHD: 49 cm Buchhorst 1 Höhe: 32m BHD: 61 cm in Putzar v. JOACHIM 1967 selektiert (Putzar 1 und 2), später L83 und L84, L83 war verschwunden Untersuchung mit Mikrosatelliten: -ein Klon ist L84, -der zweite ist der verschwundene Klon L83 -beide max. 44 Jahre Hinweise für 3N waren: - gute Wuchsleistung,schlechte Pollenbildung - beide an 3 Mikrosatellitengenorten 3 Allele (verwandt) Flowcytometrie 3N!

10 Intersektionelle Kreuzungen Kreuzungen zwischen Sektion Populus und den Sektionen Aigeiros und Tacamahaca lt. Literatur nur schwer möglich (Ronald et al., 1982) (Populus x Aigeiros) L328 x S13 (P. tremula x P.tremuloides) x (P. deltoides) -Samenbildung/Entwicklung war verzögert Pflanze Nr.1 - große Variationsbreite im Wuchs - wüchsigste Pflanzen wurden verklont -Mikrosatelliten-Analyse aller Individuen (Liesebach et al., 2010) Eine Pflanze davon, mit gestauchtem Wachstum (L328 x S13 Nr.14), war 3N (mütterlicher Chromosomensatz verdoppelt)

11 Intersektionelle Hybriden von Aspen mit P. pseudosimonii P. pseudosimonii (Sekt. Tacamahaca) - Pollen aus Tongliao (Innere Mongolei, Yang 2010) - zur Übertragung der Trockentoleranz und der starken Bewurzelungsfähigkeit auf die Hybriden - geringe Anzahl an Hybrid-Individuen! Hybridklon aus Kreuzung Aspe L290 x P. pseudosimonii, Nr. 5 mit gutem Wachstum (Ø 90,6 cm) Schwachwüchsiger Hybridklon Hybridaspe L328 x P. pseudosimonii, Nr. 1 (Ø 26 cm) - Vergleichstest zur Einschätzung von Wachstum und Resistenz (Rostbefall) - In vitro- Vermehrung / Bedeutung als Kreuzungspartner?

12 Sprosslänge in cm Astria Tripi(L40xL2 Th) RL29Z15 L447 Kontrolle (2n) L447 1a (4n) L447 Irmgard (2n/4n) L316xL9Nr.21 Th L290xL9Nr.3 Col L290xL9Nr.2 Col Esch5/4 Dumbo Esch5 15a Nr.3 Esch5 15a(2Austr.) S39xP.Andr.44 S39xP.Andr.63 S39xP.Andr.69 S39xP.Andr.72 L328xS13/1 L328xS13/4 L328xL291 Kl.2 L47xTur141 Nr n Hybridaspe Intersekt. Kreuzung n/4n t e r e n I K s z r u 110 t k n e u 3n. n ge P.canescens 2n/4n P.delt. X P. Androscoggin Hybridaspe x P. delt. 2n/4n Ergebnisse (Messung 2010): 24er Container Brauna11xTur141 Kl.A L40 frei A Aspennachkommenschaften (19 Kombinationen)

13 Ergebnisse 2011: Ende März/Anfang April in Erde überführt Einzelpfl. (Aussaat 2011) L40 x L311 Nr. 3 L40 x L311 Nr. 38 L40 x L311 Nr N 146 cm 123 cm 85 cm

Frage: Bewurzeln sich die Hybriden aufgrund der Schwarzpappelmutter besser? d.h. haben wir letztendlich stecklingsbewurzelbare Aspenhybriden? Bonitur: 4 Wochen nach Versuchsbeginn Klon Anz. Steckl.

14 Frage: Bewurzeln sich die Hybriden aufgrund der Schwarzpappelmutter besser? d.h. haben wir letztendlich stecklingsbewurzelbare Aspenhybriden? Bonitur: 4 Wochen nach Versuchsbeginn Klon Anz. Steckl. Stecklinge mit deutlichem Basiskallus % Stecklinge bewurzelt (Wurzelspitzen oder Wurzeln) % Astria 3N Hybridaspe Irmgard Graupappel L328xS13 Nr.4 Hybrid , % %

Schlussfolgerungen: Schwerpunkte: In vitro- Bestäubung zur Erzeugung triploider Pflanzen Optimierung der Thermobehandlung zur Erzeugung diploider Pollen (Intervalle, Intensität usw.

15 Schlussfolgerungen: Schwerpunkte: In vitro- Bestäubung zur Erzeugung triploider Pflanzen Optimierung der Thermobehandlung zur Erzeugung diploider Pollen (Intervalle, Intensität usw.) Verbesserung der Pollenfraktionierung (Siebung usw.) Keimtest zur Einschätzung der Keimfähigkeit der Pollen erforderlich Auswahl geeigneter Partner Kreuzungskombinationen (für IVB u. konventionelle Kreuzungen) Wir brauchen bereits bewährte (beste) Kreuzungskombinationen für die Nutzung diploider Pollen!

Aussichten: Klon Großdubrau 4N, 4 Monate alt, 180cm groß, WHD 15 mm Herstellung größerer Anzahlen triploider Pflanzen bester Kombinationen und deren Verklonung und Prüfung Testung polyploider

16 Aussichten: Klon Großdubrau 4N, 4 Monate alt, 180cm groß, WHD 15 mm Herstellung größerer Anzahlen triploider Pflanzen bester Kombinationen und deren Verklonung und Prüfung Testung polyploider Pflanzen bezüglich Fotosynthese und Wassernutzungseffizienz Projekt Mixoploide Herstellung und Nutzung tetraploidisierter Eltern erfolgreicher Kombinationen für die spätere Herstellung triploider Pflanzen Projekt Tetraploide Projekt Endophyten

17 Wir können etwas Schlechtes nicht gut, aber etwas Gutes besser machen! Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit

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