Bundesanstalt für Landwirtschaft und Ernährung

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Titel: Verbundprojekt: Genombasierte Selektionssysteme für Backqualität und Resistenz in Elitezuchtmaterial bei Winterweizen unter moderater Stickstoffdüngung (QR-on-Top) - Teilprojekt 5
Titel (englisch): Collaborative project: Genome-based selection strategies for improving baking quality and resistance of elite breeding lines in winter wheat under moderate nitrogen fertilization (QR-on-Top) - subproject 5
Beschreibung (dt.): Eine Verschärfung der Düngeverordnung und Erschwernisse bei der Zulassung neuer Pflanzenschutzmittel werden erwartet. Beim Winterweizen wirken sich geringere Stickstoffgaben negativ auf den Proteingehalt und die Backqualität aus. Zur Bewahrung einer guten Backqualität könnten Abstriche bei der Proteinmenge hingenommen werden, wenn eine hohe Proteinqualität der Sorten vorhanden ist. Zusätzlich erfordern neue Erregerrassen wie bei Braunrost und jüngst bei Gelbrost, sowie die zunehmend geforderte Resistenz gegen Blattseptoria und Ährenfusarium eine gute Resistenzausstattung neuer Weizensorten. Genomische Selektionsverfahren befinden sich bei Winterweizen in der ersten Erprobungsphase, geben aber Anlass zu der Hoffnung die Selektion wesentlich effizienter gestalten zu können. Die Untersuchung einer multi-parentalen Population in Feld und Labor soll genetische Marker für wichtige Eigenschaften liefern und konkrete Hinweise für die Ausrichtung genomischer Selektionsstrategien geben. Eine multi-parentale Population wird in Feldversuchen in sieben Umwelten auf ihren Ertrag und zusätzlich in Beobachtungsparzellen auf Resistenzeigenschaften untersucht. Weiterhin werden im Labor Resistenzprüfungen zu Braunrost, Gelbrost und Blattseptoria durchgeführt. Daten zur Backqualität werden ebenfalls erhoben. Für die kartierten Resistenzgene sollen molekulare Marker abgeleitet werden, die für eine markergestützte Selektion geeignet sind. Neben einer genetischen Kartierung werden mit den erhobenen Daten für Ertrag, Backqualität und Krankheitsresistenz Modelle für die genomische Selektion etabliert. Hierbei werden sowohl die Einzelmarker als auch die Haplotypen im Vorhersagemodell als Parameter genutzt. Die Genetik der Zielmerkmale Ertrag und Backqualität werden im Hinblick auf eine zukünftige Reduzierung der Stickstoff-Düngung betrachtet.
Beschreibung (engl.): Under the terms of the amendment to the German fertilizer ordinance, the restricted use of fertilizer will be a challenge to wheat breeders. Lower nitrogen fertilizer applications will reduce the protein content in winter wheat resulting in lower baking quality. Under these circumstances, increasing the protein quality of wheat varieties can compensate lower protein contents while maintaining high baking quality. Moreover, the requirements of new wheat varieties for resistances will be increased due to restrictions on pesticides and the emergence of new races for leaf and stripe rust and the ongoing demand for resistances to septoria tritici blotch and fusarium head blight. New selection methods, e.g. genomic selection, are expected to enhance selection gain for these traits in addition to grain yield in wheat breeding programs. The genetic and phenotypic analysis of a multi-parental population will give useful insights into the application of genomic selection strategies and provide genetic markers for major effect genes. A multi-parental population will be phenotyped for grain yield and baking quality in multi-environment field trials. Resistance screenings for septoria tritici blotch, leaf and stripe rust will be performed under field and lab conditions. Genetic markers will be developed for new resistance genes. In addition to genetic mapping, genomic selection strategies for all traits will be established. For the prediction models, single markers or defined haplotypes can be used as parameters. The genetics of grain yield and baking quality will be analyzed in the context of reduced nitrogen application.
Ergebnis (dt.): Die Kombination von hohem Kornertrag, guter Backqualität und einer effektiven Krankheitsresistenz ist ein grundlegendes Ziel bei der Züchtung neuer Weizensorten. Im Rahmen des Projekts QR-on-Top wurden mit Hilfe der Multiparent-Advanced-Generation-Intercross-Population BMWpop die genetische Architektur der Merkmalskomplexe Kornertrag, Backqualität und Resistenz gegen Ährenfusarium, Braunrost, Gelbrost und Septoria-Blattdürre analysiert. Durch Intervallkartierung wurden Quantitative-Trait-Loci (QTL) lokalisiert, welche Proteinmenge, Proteinqualität, Stärkebeschaffenheit und Enzymaktivität kontrollieren. Diese Genorte bergen das Potential der inversen Beziehung zwischen Kornertrag und Backqualität züchterisch entgegenzuwirken. Des Weiteren wurden QTL für Krankheitsresistenz identifiziert. Diese zeigten keinen messbaren Effekt auf Ertragsparameter. Die genomische Vorhersagemodelle, die diese Genorte einbeziehen, sind eine wertvolle Ressource, um eine effiziente Selektion auf diese Merkmale zu ermöglichen.
Ergebnis (engl.): The combination of high grain yield, good quality and effective disease resistance is a general target in wheat breeding. Within the framework of the project QR-on-Top, the genetic architecture of grain yield, quality and resistance to fusarium head blight, leaf rust, stripe rust and septoria tritici blotch was analysed using the multiparent advanced generation intercross population BMWpop. Using interval mapping, we detected quantitative trait loci (QTL) which control protein content, protein quality, starch consistency and enzyme activity. These loci hold the potential to genetically counteract the inverse relationship between grain yield and quality. Furthermore, we detected QTL for disease resistance, which showed no effect on yield parameters. Identified molecular markers and derived genomic prediction models are a valuable resource to facilitate an efficient selection for these traits.
Laufzeit: Beginn: 01.10.2016 / Ende: 31.12.2019
Ausf. Einrichtung: Strube Research GmbH & Co. KG, Söllingen
Themenfelder: Pflanzenzüchtung, plant breeding
Förderprogramme: Programm zur Innovationsförderung des Bundesministeriums für Ernährung und Landwirtschaft
Schlagworte: Resistenz, resistance, Ackerbau, crop production, Ernährungssicherung, food security, Weizen, wheat, Pflanzengenetische Ressourcen, plant genetic resources, Schadstoffe / Toxine, poison / toxins, Düngung, fertilization
Förderkennzeichen: 2818200815
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"Kleegras und Grünland"

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