Möglichkeiten der effektiven Polyploidisierung diploider Erdbeerarten
Henning Wagner1,2, Klaus Olbricht1, Ina Pinker2
1Hansabred GmbH & CO. KG, Radeburger Landstrasse 12, 01108 Dresden, 2Humboldt Universität zu Berlin, LFG Gärtnerische Pflanzensysteme, Lentzeallee 75, 14195 Berlin
k.olbricht@hansabred.org
Die Kulturerdbeere, Fragaria x ananassa Duch., ist das weltweit beliebteste Beerenobst. In über 250 Jahren Züchtung wurde weitgehend auf Hochleistungsparameter wie Fruchtgröße, -festigkeit und Ertrag gezüchtet. Trichtereffekte führten zu verringerten Ausprägungen von Eigenschaften wie Geschmack und Resistenzen. Hochleistungssorten des Erwerbsobstbaus sind oktoploid. Zahlreiche diploide Arten mit wertvollen Eigenschaften (Aromaprofile, Resistenzen etc.) wurden bislang wenig oder nicht in der Züchtung genutzt. Die Erreichung höherer Ploidiestufen, beginnend von der tetraploiden Stufe, ist notwendig, um erfolgreiche Introgressionen mit den Kultursorten zu realisieren.
Die diploide Walderdbeere, F. vesca L., diente hierbei als Modellpflanze, um effektive Wege der Polyploidisierung zu entwickeln. Der Zeitfaktor ist dabei ein entscheidendes Moment. Nach einem Mutationsschritt mit Amiprophos-methyl (APM) an Sämlingen standen ploidiechimärische Pflanzen bereit. Um diese sowohl mittels in-vitro als auch in-vivo Techniken zu homohistisch tetraploiden Pflanzen zu entwickeln, wurden folgende Wege realisiert (Zeit von der Mutagenbehandlung bzw. in vitro Inkulturnahme bis zu den ersten Früchten der Homohistonten, Prozentsatz der Ausbeute an Homohistonten):
a) Entmischung über die generative Phase, Selbstung (30 Monate, 16 % 4x Homohistonten),
b) Entmischung über die Umlagerungen der Scheitelschichten während der Senkerbildung (nicht abgeschlossen, offenbar Bildung periklinalchimärischer Konstitutionen),
c) Entmischung über Kalluskultur und in-vitro Regeneration aus ploidiechimärischen Blattstücken (18 Monate, 35 % 4x Homohistonten),
d) Applikation von Amiprophos-methyl auf Kallusgewebe in-vitro und anschließender in-vitro Regeneration (10 bis 13 Monate, 14 % 4x Homohistonten bei 50 ppm APM, 29 % 4x Homohistonten bei 100 ppm APM),
e) Nutzung spontaner Chromosomenverdopplung durch in-vitro Regeneration aus Kallus (10 bis 13 Monate, 3 % 4x Homohistonten).
Zur Bestimmung der Ploidiestufe wurden morphologische Parameter (Laubblattzahnung, Stomatalänge), Flow-Cytometrie und Chromosomenzählung (DAPI, Fluoreszenz) genutzt.
Vortr¨age / Session 13 / Gartenbauliche Z¨uchtungsforschung:
Pflanzenbiotechnologie inbegriffen
Arbeiten zu Feuerbrand in der Züchtungsforschung und Züchtung am Julius Kühn-Institut
Andreas Peil1, Isabelle Vogt1, Thomas Wöhner1, Klaus Richter2, Magda-Viola Hanke1, Henryk Flachowsky1
1Julius Kühn-Institut, Bundesforschungsinstitut für Kulturpflanzen, Institut für Züchtungsforschung an gartenbaulichen Kulturen und Obst, Pillnitzer Platz 3a, D-01326
Dresden
2Julius Kühn-Institut, Bundesforschungsinstitut für Kulturpflanzen, Institut für Resistenzforsdchung und Stresstoleranz,Erwin-Baur-Str. 27, D-06484 Quedlinburg
andreas.peil@jki.bund.de
Feuerbrand, hervorgerufen durch Erwinia amylovora, ist die bedeutendste Bakteriose an Kernobst. Diese Quarantänekrankheit kann bedeutende ökonomische Schäden bei Apfel, Birne und Quitte verursachen und ist effektiv nur durch den Einsatz von Antibiotika zu kontrollieren. Der Einsatz von Antibiotika ist, wenn überhaupt, nur sehr restriktiv möglich aber vor allem aus Verbrauchersicht nicht erwünscht. Eine Alternative ist der Anbau resistenter Sorten. Aus diesem Grund werden am JKI die Grundlagen der Resistenz untersucht, mit deren Hilfe resistente Sorten gezüchtet werden sollen.
Ein Ziel der Züchtungsforschung ist die Detektion unterschiedlicher Resistenzmechanismen, um diese für eine dauerhafte Resistenz kombinieren zu können.
Dazu wurden segregierende Populationen mit der anfälligen Sorte ´Idared´und den Feuerbrandresistenz-Donoren M. baccata, M. fusca, M. ×robusta 5 und der resistenten Pillnitzer Sorte ´Rewena´ erstellt und die Resistenzloci kartiert. Für die Apfelwildarten konnten Major-QTLs auf den Kopplungsgruppen 3 (M. ×robusta 5), 10 (M. fusca) und 12 ( M. baccata) identifiziert werden, die von 60 bis über 80 % der phänotypischen Varianz erklären. Erste Ergebnisse der Blüteninokulation der Population aus ´Idared´ mit M. × robusta 5 im Freiland bestätigen den QTL für Triebinokulation auf Kopplungsgruppe 3.
Die Inokulation des resistenten Donors M. ×robusta 5 mit einer Effektordeletionsmutante von E. amylovora brachte erste Hinweise für eine Gen-für-Gen-Beziehung im Host-Pathogensystem M. ×robusta 5-E. amylovora. Die anschließende Analyse des Effektors avrRPT2EA an unterschiedlichen Erwinia-Stämmen zeigte das Vorhandensein von zwei Allelen, von denen eins Resistenz auslöst und das andere Anfälligkeit. Zur Identifizierung von Genen, die an der Induktion und anschließenden Ausbildung der Resistenz beteiligt sind, wurde eine differentielle Transkriptomanalyse durchgeführt.
In der praktischen Apfelzüchtung werden die Donoren zur Einkreuzung der Feuerbrandresistenz in M. ×domestica, auch mittels eines Fastbreedingsystems, genutzt und die QTLs mit den dazu entwickelten molekularen Markern identifiziert.
Vortr¨age / Session 13 / Gartenbauliche Z¨uchtungsforschung:
Pflanzenbiotechnologie inbegriffen
New approaches for apple replant problems - investigating rhizosphere microbial communities and establishing a bio-test
Bunlong Yim, Kornelia Smalla, Traud Winkelmann
Leibniz Universität Hannover, Institute of Floriculture and Woody Plant Science, Tree Nursery Science Section
yim@baum.uni-hannover.de
The problems of establishing crops on sites where the same crops had previously been grown are known as replant problems or soil sickness. Nematodes, bacteria, fungi, toxins and nutrient deficiencies are discussed as possible causes of replant problems in Rosaceae. The problems are gaining attention by nurserymen again due to the fact that chemical soil disinfectants are no longer available. The aims of this study were (i) to set up a test system for detecting replant problems using in vitro propagated apple rootstock (M26) plants under greenhouse conditions based on different soil disinfection treatments, and (ii) to explore the treatment effects on root morphology and on soil microbial community structure.
The test involved determining plant growth in two different soils collected in nurseries: soil with apple replant problems (apple sick) and healthy soil from an adjacent plot. These soils were used untreated, heat-treated for 1 h at 50 and 100 °C, and treated with the chemical soil disinfectant Basamid. In vitro propagated M26 plants ensured uniform, healthy and genetically identical plant materials that were suitable for the test. Significant increases in plant height were observed after 5 weeks of culture on apple sick soil in treated soils compared to untreated soil. After 10 weeks, shoot dry mass on apple sick soil was more than 100 % higher for soil treated at 100 °C and with Basamid, respectively, compared to the untreated soil. Histological analysis of inspected roots in untreated apple sick soil revealed extensively destroyed epidermal and cortical layers, and the cortical cells possessed significant amounts of densely stained materials. Denaturing gradient gel electrophoresis (DGGE) fingerprints of 16S rRNA gene and ITS fragments PCR-amplified from DNA of rhizosphere soil collected at the final evaluation showed treatment-dependent differences in composition and relative abundance of total community bacteria, Bacillus, Pseudomonas and fungi. Next steps will be the identification of differentially abundant bacteria and fungi by sequencing. Moreover, the effects of biofumigation treatments will be studied.
Vortr¨age / Session 13 / Gartenbauliche Z¨uchtungsforschung:
Pflanzenbiotechnologie inbegriffen
Wärmedurchgangskoeffizienten von Gewächshäusern – Methode zur Berücksichtigung des latenten Wärmetransportes
Tantau, Hans-Jürgen
Leibniz Universität Hannover, FB Biosystem- und Gartenbautechnik tantau@bgt.uni-hannover.de
Für die Ermittlung des Wärmedurchgangskoeffizienten von Gewächshäusern spielt die Evapotranspiration der jeweiligen Kultur eine wichtige Rolle. Bei der Kondensation von Wasserdampf am Bedachungsmaterial wird latente Wärme wieder in sensible Wärme umgewandelt und durch das Bedachungsmaterial nach außen transportiert. Latente Wärme kann einen Anteil von über 50 % am inneren Wärmeübergang erreichen und ist deshalb ein bedeutender Wärmestrom, der bei Wärmebedarfsrechnungen und Simulationen des Wärmeverbrauches berücksichtigt werden muss. Die Wärmedurchgangskoeffizienten (U-Werte), wie sie in der Literatur für Bedachungsmaterialien angegeben werden, gelten nur für trockene Bedingungen ohne Kondensation. In diesem Beitrag wird ein vereinfachter Ansatz beschrieben, um den latenten Wärmetransport zu berücksichtigen und damit U-Werte zu berechnen, die für Gewächshausbedingungen mit Kondensation gelten. Dazu wurde ein methodischer Ansatz mit Wärmedurchgangs- und Wärmeübergangswiderständen gewählt. Ausgehend von den U-Werten aus Literaturangaben wird ein materialspezifischer Wärmedurchlasswiderstand berechnet. Zur Berücksichtigung des latenten Wärmetransportes innen am Bedachungsmaterial wird je nach Anteil latenter Wärme ein Wärmeübergangskoeffizient ermittelt und als Widerstand (Kehrwert) zu den anderen Widerständen addiert. Daraus kann der U-Wert für Gewächshausbedingungen mit Kondensation berechnet werden. Mit diesem Ansatz können auch die Dachinnenflächentemperaturen und darüber die Kondensatmengen abgeschätzt werden.
Dieser methodische Ansatz liefert für die verschiedenen Bedachungsmaterialien sowie für unterschiedliche Schirmsysteme Widerstandswerte mit denen wie mit einem Baukasten die entsprechenden Wärmedurchgangskoeffizienten (U-Werte) ermittelt werden können.