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Validierung identifizierter Marker zur Selektion trockentoleranter Stärkekartoffeln Teilvorhaben 2: Kandidatengenbasierte Analyse der Trockentoleranz (VALDIS TROST)

Projekt

Produktionsverfahren

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Produktionsverfahren


Förderkennzeichen: JKI-RS-08-3373
Laufzeit: 01.03.2014 - 01.08.2017
Forschungszweck: Angewandte Forschung

Im Projekt TROST wurden Markerkandidaten für Trockentoleranz in Stärkekartoffeln in Transkript- und Metabolitdaten identifiziert und ein Prognosemodell entwickelt. Im Folgeprojekt VALDIS TROST soll der praktische Beweis für die Eignung der Marker zur Selektion trockentoleranter Genotypen erbracht werden (Ziel 1). Es wird geprüft, ob die Selektion toleranter Genotypen das Ertragspotential negativ beeinflusst. Den Ursachen der yield penalty wird nachgegangen um mit Markern die negativen Effekte auf den Ertrag zu vermeiden (Ziel 2). Für die identifizierten metabolischen und RNA-Marker werden genomische Marker identifiziert, um umweltunabhängige und damit praxistaugliche Marker für die Pflanzenzüchtung zu entwickeln (Ziel 3). Aus einer segregierenden Gesamtpopulation werden mit Hilfe der Marker tolerante und sensitive Subpopulationen ausgelesen und deren Toleranz, Ertrag und Erntequalität in Anbauversuchen bestimmt. Mittels Metabolit- und Transkriptprofilierung sowie multivariater Lernverfahren werden optimierte Marker zur Vermeidung von yield penalty Effekten identifiziert und in DNA Marker umgesetzt. Damit wird VALDIS TROST Marker zur Identifizierung trockentoleranter Zuchtlinien unabhängig von Speziallaboren und aufwändigen Kulturversuchen hervorbringen. Die entwickelten Marker können durch die Züchter am eigenen Zuchtmaterial verwendet werden. Die aus beiden Kreuzungspopulationen, selektierten Genotypen werden anschließend auf Sortentauglichkeit überprüft und im positiven Fall zur Anmeldung und Zulassung gebracht. Stärkekartoffelsorten mit dem Zusatzmerkmal Trockentoleranz werden einen Wettbewerbsvorteil gegenüber dem vorhandenen Sortiment insbesondere auf leichten Böden und bei häufigeren Trockenphasen haben. Trockentolerante Sorten ermöglichen eine Stabilisierung des Stärkeertrages ohne bzw. reduzierter Beregnung und vermindern somit die variablen Kosten des Anbaues bei einer gleichzeitigen Entlastung des Bodenwasserhaushaltes.

Die aktuellen Klimaszenarien prognostizieren eine veränderte Niederschlagsverteilung im mitteleuropäischen Raum mit steigenden Regenmengen im Winter und ausgeprägten Trockenperioden im Frühsommer. Diese Prognosen erfordern besonders für die Kartoffel, die sensitiver als die meisten anderen Nutzpflanzenarten auf den Wasserhaushalt des Bodens reagiert, die Verbesserung ihrer Trockenstresstoleranz, da der ökologisch und ökonomisch sinnvollen Beregnung der Kartoffel zukünftig enge Grenzen gesetzt sein werden. Zur Verbesserung der Trockentoleranz von Kartoffeln wurden im Vorgängerprojekt „TROST“ Marker für Trockenstress-Toleranz identifiziert, die nun im aktuellen Verbundprojekt 'VALDIS TROST' auf ihre Eignung zur Selektion trockentoleranter Genotypen geprüft werden. Dazu wurden aus 195 Kreuzungsklone, deren Charakterisierung 2014 hinsichtlich Trockentoleranz erfolgte, ausgewählt und drei Subpopulationen zugeordnet: einer toleranten Klassik-Subpopulation (SP1) mittels Toleranzindex DRYM anhand der Ertragsdaten (entsprechend der konventionellen Züchtungsstrategie), einer weiteren toleranten (SP2) und einer sensiblen (SP3) mit Hilfe der am MPI in TROST identifizierten Metabolitmarkern. Mit den ausgewählten Subpopulationen wurden in 2016 ein Gefäß- und ein Feldversuch zur Phänotypisierung der Linien unter Kontroll- und Stressbedingungen durchgeführt. Neben den Ertragsmerkmalen und dem Trockentoleranzindex DRYM wurden zum Zeitpunkt der Vollblüte zusätzlich physiologische/biochemische Parameter an Blattmaterial, im Gefäßversuch erfasst. Wie auch schon 2015 traten sowohl im Gefäß- als auch im Feldversuch signifikante Reduktionen im Ertrag und im Stärkeertrag unter Trockenstressbedingungen auf. Obwohl eine hohe Variabilität des Trockenstressindex DRYM in den ausgewählten Linien beobachtet werden konnte, zeigte sich jedoch erneut kein signifikanter Effekt zwischen den identifizierten Subpopulationen. Die analysierten physiologischen/biochemischen Parameter zeigten signifikante Effekte der Behandlung und des Genotyps aber keine signifikanten Korrelationen mit dem DRYM der einzelnen Jahre. Zur Entwicklung genomischer Marker wurden neun Kandidatengene ausgewählt und spezifische Primer abgeleitet. 101 Genotypen wurden mit den spezifischen Primerpaaren amplifiziert und sequenziert. Mit den Daten aus der Resequenzierung konnten 605 single nucleotide polymorphism (SNP) für die anschließende kandidatengenbasierte Assoziationskartierung identifiziert werden. Das Projekt leistet mit seinen Untersuchungen zur Verbesserung der Toleranzeigenschaften von Kartoffeln gegenüber Trockenstress einen wesentlichen Beitrag zu einem der Hauptziele 'Nachhaltige Produktion und Nutzung pflanzlicher Ressourcen' im Forschungsbereich des BMEL.

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