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
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 %
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
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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