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Kleistogamer Hafer zur nachhaltigen Vermeidung von Flugbrand (Verbundvorhaben)

Herrmann, Matthias; Schmehe, Ben and Brodführer, S. (2020) Kleistogamer Hafer zur nachhaltigen Vermeidung von Flugbrand (Verbundvorhaben). [Cleistogamous oats to prevent infection by smuts.] Julius Kühn-Institut Bundesforschungsinstitut für Kulturpflanzen (JKI), D-Quedlinburg; Landbauschule Dottenfelderhof e.V., D-Bad Vilbel .

[thumbnail of Gesamtschlussbericht] PDF - German/Deutsch (Gesamtschlussbericht)
3MB


Summary

Das Verbundprojekt hatte zum Ziel, die ökologische Haferzüchtung mit neuen Erkenntnissen zur Resistenz und zu den Blüheigenschaften zu unterstützen und somit langfristig zu geringeren Verlusten in der Saatgutproduktion von Ökohafer durch Flugbrand beizutragen. Zu diesem Zweck wurden zwei Sortimente (KLAR1 und KLAR2, je 270 Prüfglieder) mehrortig im Zeitraum 2017 bis 2020 auf Offenblütigkeit (OFL), Antherenretention (AR) und Flugbrandbefall nach künstlicher Inokulation (UA) geprüft. Erntegut von Sorten mit divergierender AR, die sich in den Resistenzprüfungen als anfällig gezeigt hatten, wurde für Nachbauversuche ausgewählt, um den Effekt der Kleistogamie auf den Nachbaubefall zu ermitteln und die Frage zu beantworten, ob Kleistogamie als kostengünstige und rassenunabhängige Alternative zur Resistenz genutzt werden kann. Die phänotypischen Ergebnisse wurden zudem für eine genomweite Assoziationsanalyse genutzt, für die beide Sortimente zuvor mittels genotyping-by-senquencing (GBS) genotypisiert wurden. Die Resistenzprüfungen ergaben gut reproduzierbare Daten mit hoher Heritabilität für UA und AR und einer etwas geringeren Heritabilität für OFL. Zur präziseren Einschätzung der Kleistogamie wurde ein Kleistogamieindex (KLI) aus OFL und AR errechnet. Im Sortiment war etwa ein Viertel (134) der 540 Prüfglieder hochresistent gegen Flugbrand. Offenblütigkeit, AR und Kleistogamieindex (KLI) sind als quantitative Merkmale zu betrachten. An ausgewählten kleistogamen Sorten wurden erste Untersuchungen zu den Kleistogamieursachen vorgenommen. Als solche wurden sowohl eine die Blüte stärker umschließende Spelzenmorphologie als auch funktionsschwache Lodiculi festgestellt. In den Assoziationsanalysen konnten signifikante Marker-Merkmal-Assoziationen (MTAs) identifiziert werden. Für die Flugbrandresistenz wurden MTAs in fünf, bei der OFL und dem KLI in vier Kopplungsgruppen der Konsensuskarte von Chaffin et al. (2016) nachgewiesen. Der Befall im Nachbau war am stärksten mit dem Resistenzniveau, aber auch dem Kleistogamieniveau und unbekannten Faktoren korreliert. Die Voraussetzungen für die Nutzung der Kleistogamie zur Vermeidung von Flugbrandinfektionen sind also grundsätzlich gegeben, allerdings ist das dafür notwendige Kleistogamie- und Resistenzniveau mit den bisherigen Daten nicht ausreichend präzise definierbar. Zudem muss bei der Selektion auf hohen KLI die Spelzenmorphologie beachtet werden, da ein höherer Spelzengehalt oder eine schlechte Entspelzbarkeit nicht erwünscht sind.


Summary translation

The joint project brought together oat cultivar breeding and breeding reseach and aimed at reducing the risk of losses by smut (Ustilago avenae) in organic oat seed production. To this end, we tested the useability of cleistogamy in oats as an alternative to classical resistance breeding.
Among a panel of 540 oat lines, genetic variability for cleistogamy, anther retention, and susceptibility to smut was assessed and analysed in a genome-wide association study. High heritabilities were found for resistance to smut and anther retention, while lower heritability was encountered for open flowering. About 25 % of the oat lines tested showed a high resistance level to smut. Data of open flowering and anther retention were merged to calculate a cleistogamy index for a more precise quantification of cleistogamy levels.
The association analysis based on genotyping by sequencing yielded significant QTL regions on 5 linkage groups for resistance to smut and on four groups for cleistogamy. Seeds harvested from smut-susceptible oat lines representing the whole range of cleistogamic expression were studied for their infestation by smut in the following year. Besides the resistance level which had the most pronounced effect in reducing smut infestation we found cleistogamy to be another significant smut-reducing factor. To conclude, cleistogamy may be valuable in sustainably reducing smut infection, whereby the necessary levels of resistance and cleistogamy still need to be defined. Additionally, clusping hull morphology as a reason for cleistogamy need to be excluded.

EPrint Type:Report
Keywords:BÖL, BOEL, BÖLN, BOELN, FKZ 15NA107, FKZ 15NA172, Pflanzenzüchtung, plant breeding, Ökologischer Landbau, organic farming, Ackerbau, crop production, Resistenz, resistance, Pflanzenkrankheiten (Viren, Bakt., Pilze, Phytoplasmen), plant diseases (virusus, bacteria, fungi, phytoplasma), Hafer, oats
Subjects: Crop husbandry > Crop health, quality, protection
Research affiliation: Germany > Federal Organic Farming Scheme - BOELN > Plants > Pflanzenbau
Germany > Federal Organic Farming Scheme - BOELN > Plants > Pflanzenzüchtung
Germany > Federal Research Centre for Cultivated Plants - JKI
Germany > Other organizations
Related Links:https://www.bundesprogramm.de/
Deposited By: Geschäftsstelle Bundesprogramm Ökologischer Landbau, Bundesanstalt für Landwirtschaft und Ernährung (BLE)
ID Code:38456
Deposited On:30 Sep 2020 05:09
Last Modified:30 Sep 2020 05:09
Document Language:German/Deutsch
Status:Unpublished
Refereed:Not peer-reviewed

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