Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Verbesserung der Schwarzrost-Resistenz bei Roggen durch genetische und molekulare Ansätze

Schwarzrost (Puccinia graminis f. sp. secalis) ist einer der gefährlichsten Krankheitserreger des Roggens (Secale cereale L.). Ein Befall führt in den kontinentalen Regionen Deutschlands, Polens, Weißrusslands, Russlands zu Ertragseinbußen von 30-50%. Die Ziele des Projektes sind in fünf Ar-beitspakete organisiert: (1) Virulenzanalyse von Schwarzrost-Populationen in Deutschland und Polen, um die Rassenzusammensetzung und -komplexität zu ermitteln, (2) Zusammenstellung eines Sortiments an unterschiedlich virulenten Isolaten und unterschiedlich resistenten Roggenformen, (3) Charakterisierung neuer Schwarzrostresistenzgene durch Blattsegmenttests im Labor, (4) Molekulare Analyse spaltender Roggenpopulationen für Adultpflanzenresistenz im Feld, (5) Assoziationskartierung der Resistenzgene aus pflanzengenetischen Ressourcen. Die Arbeitspakete werden von zwei deutschen (JKI, UHOH) und einer polnischen (IPP-NRI) wissenschaftlichen Institution verantwortlich geführt und sind eng miteinander und der Eigenleistung der deutschen und polnischen Firmen vernetzt.

Diese innovativen Ziele werden folgende für die beteiligten SMEs wichtigen Ergebnisse liefern: (a) definierte, hochvirulente Rassen für Resistenzprüfungen, (b) neue effektive Resistenzgene zum Einsatz in Zuchtprogrammen, (c) gekoppelte molekulare Marker für die effektive Selektion der Zuchtbetriebe auf Schwarzrostresistenz im Adultpflanzenstadium. Als Markersystem werden neu bei Roggen entwickelte Single-Nucleotid-Polymorphismen (SNP) verwendet, die den Vorteil haben, dass sie nicht nur als Chip verwendbar sind, sondern eng mit dem Resistenzgen koppelnde SNPs sofort und einzeln von den Firmen des SME-User-Komitees in Deutschland und Polen, auch über kommerzielle Anbieter, eingesetzt werden können. Die neu gefundenen unterschiedlichen Resistenzgene können mit den SNPs rasch in Roggensorten eingelagert werden und damit den beteiligten Firmen auf deutscher und polnischer Seite neue Märkte eröffnen.

Ergebniszusammenfassung:

Durch Feldversuche in Deutschland und Polen und unter künstlich erzeugtem Schwarzrostbefall konnte resistentes Zuchtmaterial bei allen beteiligten Zuchtunternehmen identifiziert werden. Durch Feld- und Blattsegmenttests von spaltenden Populationen wurde sowohl quantitativ vererbte Adultpflanzen-Resistenz als auch monogenisch vererbte All-Stadien-Resistenz festgestellt. Hier konnten die verantwortlichen Gene mit Hilfe von molekularen Markern im Genom lokalisiert werden. Insbesondere die Umwandlung der am engsten gekoppelten Marker aus der Genotypisierung in einzelne und günstig anwendbare KASP-Marker bietet die Möglichkeit, Resistenz schnell und ohne weitere Feldtests in Sorten zu integrieren. Aufgrund der hohen Funktionalität eines in zwei unabhängig entwickelten Populationen identifizierten Markers kann er dazu verwendet werden, die Resistenzen auch in anderes, Züchtungsunternehmen-spezifisches genetisches Material erfolgreich einzukreuzen. Als weitere molekulargenetische Methode konnten Fall-Kontroll-Studien direkt in selbstinkompatiblen Roggenpopulationen angewendet werden. Dies ermöglichte eine direkte Identifikation von Schwarzrostresistenz-Genen in genetischen Ressourcen. Die parallele Studie von natürlich aufgetretenem Schwarzrostbefall ermöglichte es, das Virulenzpotential in Bezug auf die Rassenzusammensetzung natürlicher Populationen in Polen und Deutschland zu untersuchen. Dabei konnte eine extrem hohe Diversität der natürlichen Schwarzrostpopulation festgestellt werden. Auf der anderen Seite erwiesen sich drei einzelne Differentiallinien, mit Hilfe welcher die Analysen durchgeführt wurde, als durchgehend resistent.

Alle Fragestellungen konnten zufriedenstellend beantwortet werden. Alle Projektpartner haben die im Antrag geplanten Ziele erreicht. Sowohl Arbeitspaket- als auch länderübergreifende Versuche wurden erfolgreich koordiniert, durchgeführt und ausgewertet. Das Forschungsziel wurde vollständig erreicht.