Dr. Markus Herz

Bayerische Landesanstalt für Landwirtschaft

Institut für Pflanzenbau und Pflanzenzüchtung

Validierung praxisrelevanter

Marker für die Züchtung

klimaangepasster und

gesunder Gerstensorten

Projektverbund

Strategien zur Anpassung von

Kulturpflanzen an den Klimawandel

Gliederung

2

Problemstellung

Vorarbeiten und

Ziele

Lösungsansatz

Kurze Wachstumszeit erhöht die Stressanfälligkeit

3

0 50 100 150 200 250 300 350

Winterraps

Winterweizen

Winterroggen

Wintergerste

Triticale

Körnermais

Sommerraps

Sommerweizen

Hafer

Sommergerste

Tage von der Saat bis zur Ernte

Gerste als Modellgetreide

Qualitätsstabilität unter Stress

Änderung der Malzqualität unter Stress

Zunahme des Rohproteingehaltes

Damit großer Einfluss auf

Qualitätsmerkmale

4

Quelle: LfL, IPZ 2b, 2013

bis 2014

Änderung der Malzqualität unter

Stress

Sortenspezifische Änderung der

Viskosität

-0,3

-0,2

-0,1

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

Dif

fere

nz

der

Beh

and

lun

gen

Vis

kosi

tät

Differenz Natürlich–Trocken

Viskosität

10,0

10,5

11,0

11,5

12,0

12,5

13,0

Normal Stress

Rohprotein

Ro

hp

rote

inge

hal

t %

Simulation von Trockenstress

5

Rain Out Shelter

ROS

Sortenbeschreibung durch Ranglistendifferenz (RLD)

6

G. Reichenberger, 2015

BayKlimaFit Gersten- Sortiment:

Stressanfällig Stresstolerant

Stresstolerante Genotypen

Stressanfällige Genotypen

R. Collo cygni/Fusarium Anfällige

Blattbehandlung simuliert Trockenstress

7

RLD ROS und Blattbehandlung (ChD) positiv korreliert

Blattbehandlung plausible Methode um Trockenstress zu simulieren

R² = 0,5053

0

10

20

30

40

50

0 10 20 30 40 50

SP

AD

_R

OS

12

SPAD_ChD12

Kalium-Jodid führt zur Schließung der

Spaltöffnungen.

Stopp der Wasserverdunstung

RL

D R

OS

RLD Blattbehandlung

8

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.

Züchtungsstrategien mit molekularen Markern

Validierung von Markern

9

Vorarbeiten:

35.000 Genfragmente untersucht.

Davon 5.600 auffällig bezüglich

Trockenstress.

107 Kandidatengene.

1

1

1

1

1

2

2

2

2

3

4

4

6

7

7

8

8

8

16

25

0 5 10 15 20 25

Nucleotid-…

Fettsäurestoffwechsel

Hormone/Auxin-Response

RNA Prozessierung

Proteinabbau

AS-Stoffwechsel

Photosystem

metal-handling

biotischer Stress

Zellwand

Hormone/ABA

Dehydrin/LEA

Zellorganisation

Hormone/Jasmonat

Enzyme

Haupt-Zuckerstoffwechsel

Transport

Transkriptionsfaktoren

Signaltranduktion

unbekannt

107 Kandidatengene

4

T1 T2 T3 T4 T5 T6

Bewässerung Trockenstress

Sto

p

Solexa-Sequenzierung (Blatt)

T7 T8

Bewässerung

454 Sequenzierung (Blatt)

Quelle: IPZ 1b, M. Diethelm, G. Schweizer

BayKlimaFit:

Validierung im Sortiment

Markerentwicklung

Kartierung

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

Zusammenfassung

11

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.

Zusammenfassung Kooperation mit Projektpartnern

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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. Material

Merkmale

Marker

Sorte

Inhaltsstoffe und

Expression

Sorti-ment

GWAS

Sequenzanalyse

Dank

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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

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

Partner der Vorgängerprojekte

Partner in BayKlimafit