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Monitoring der Fusariumarten und Entwicklung genomischer Werkzeuge zur effektiveren Züchtung von Saathafer- Teilprojekt A
Projekt
Förderkennzeichen: JKI-ZL-08-8025
Laufzeit: 01.12.2020
- 01.12.2023
Forschungszweck: Angewandte Forschung
Stichworte: Getreide, Saathafer, Haferzüchtung, Resistenz, Pflanzengesundheit, Mykotoxine
Der Konsum von Saathafer als Bestandteil von Backwaren und Frühstückcerealien weist seit einigen Jahren in Deutschland eine leicht steigende Tendenz auf, was angesichts der nachgewiesenen gesundheitlichen Wirkungen der haferspezifischen Inhaltsstoffe wie β-Glucan oder Avenanthramide positiv zu bewerten ist. Nicht zufällig wurde Saathafer zur Arzneipflanze des Jahres 2017 gekürt (Universität Würzburg). Auf der anderen Seite wird es für die deutschen Schälmühlen zunehmend schwieriger, qualitativ hochwertige Haferrohware zu beschaffen. Traditionell werden große Haferpartien aus Skandinavien importiert, wo es aber in den vergangenen zwei Jahrzehnten wiederholt zu epidemischem Auftreten von Fusariosen kam, weshalb in den skandinavischen Ländern und im UK intensive Forschungs- und Züchtungsaktivitäten zur Eindämmung der Fusariosen zu konstatieren sind. Da die deutschen Haferzüchter europaweit ihre Sorten vermarkten, ist die Fusariumresistenz ein wichtiges Kriterium für den Markterfolg einer Sorte und ein wichtiges Zuchtziel auch der deutschen Haferzüchtung. Das Interesse der Landwirte ist aktuell auf vermeintlich wirtschaftlich attraktivere Kulturarten gerichtet und zur Förderung der Wertschöpfungskette „Hafer“ sind sowohl eine stärkere Beratung der Landwirte als auch bessere Hafersorten notwendig. Für eine Intensivierung der deutschen Haferzüchtung müssen jetzt die Methoden, die bei Selbstbefruchtern wie Weizen oder Gerste schon erprobt sind, auch für den Hafer etabliert werden. Hierzu soll das vorliegende Projekt entscheidende Werkzeuge liefern. Zugleich sollen dringende Fragen zur Fusarium- und Mykotoxinthematik, die sich aus einem gerade abgeschlossenen Verbundprojekt ergeben haben, durch die Zusammenarbeit von fünf Forschungspartnern mit drei Züchtungsfirmen sowie der GFPi beantwortet werden. Das Projekt ist dazu in vier Arbeitspakete gegliedert. Im Arbeitspaket 1 (Leitung Prof. Karlovsky, GAU Göttingen) wird das Vorkommen von Fusariumarten und Mykotoxinen am Hafer deutschlandweit untersucht und die Detoxifikation als Ursache für Resistenzunterschiede erforscht. Im Arbeitspaket 2 (Leitung Dr. Herrmann, JKI) wird ein ausgewähltes Sortiment von Hafersorten auf Resistenz gegen drei Fusariumarten geprüft. Dabei geht es um die Frage, ob die Resistenz gegen F. graminearum und gegen F. sporotrichioides in gleichem Maße gegen F. poae wirksam ist, der vermeintlich häufigsten Fusariumart am Hafer in Deutschland. Da für das von F. poae gebildete hochtoxische Nivalenol kein ELISA existiert, wird zur Resistenzbewertung die Pilz-DNA-Menge über qPCR genutzt. Des Weiteren sollen die Variationen im Trichomentyp und in der Trichomendichte als mögliche Ursachen für bekannte Resistenzunterschiede erstmalig bei Hafer erforscht werden. Im Arbeitspaket 3 (Dr. Mascher, IPK, und Dr. Spannagl, PGSB München) werden die Genomsequenzen von drei modernen Hafersorten erstellt. Hierzu werden aus hochmolekularer DNA PacBio-Sequenzierbibliotheken konstruiert, sequenziert und assembliert. Mittels Chromosome Conformation Capture Sequencing (Hi-C) werden wir chromosomale Pseudomolekülsequenzen erstellen. Diese Arbeiten werden in ein von Martin Mascher koordiniertes internationales PanOat-Konsortium eingebettet, was die gleichzeitige Annotation aller Sequenzassemblies ermöglicht. Die vergleichenden Analysen auf der Ebene von annotierten Genomsequenzen wird Einsichten gewähren in strukturelle Variation (z.B. Translokationen und Inversionen) und das mögliche Vorhandensein von Introgressionen aus verwandten Wildarten. Die Verfügbarkeit exakter und vollständiger Genomsequenzen wird die Entwicklung von spezifischen Markerassays vereinfachen. Im Ergebnis von AP3 soll für drei moderne Hafersorten (Lion, Delfin, Rhapsody) die annotierte DNA-Sequenz auf Datenservern des IPK zur BLAST-Suche und zum Gesamtdownload für die deutsche Züchtung und Züchtungsforschung verfügbar sein. Im Arbeitspaket 4 (Dr. Herrmann, JKI, in Kooperation mit Prof. Frisch, JLU Gießen) soll unter Einbindung modernen Zuchtmaterials eine Kombination von Speedbreeding und Rekurrenter Genomischer Selektion (RGS) auf Fusariumresistenz und Kornertrag etabliert werden. Die RGS verspricht gerade bei Merkmalen, die durch zahlreiche Minor-QTL gesteuert werden, eine höhere Effizienz als die alleinige phänotypische Selektion. In Kombination mit Speedbreeding sind zudem zeitlich kürzere Zyklen und eine höhere Selektionsintensität möglich. Ziel des Arbeitspaketes ist es, den ersten Schritt eines rekurrenten genomischen Selektionsprogramms durchzuführen.
Abschnittsübersicht
Fachgebiete
- Pflanzenzüchtung
- Pflanzenschutz
Rahmenprogramm
Förderprogramm
Ausführende Einrichtung
Institut für Züchtungsforschung an landwirtschaftlichen Kulturen (JKI-ZL)
