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13 ten zylinderförmigen Käfigen aus Polyamidgewebe
(sleeve cages) fünf ungeflügelte Läuse platziert. Nach 11 bis 14 Tagen wurde die Anzahl entwickelter Blattläuse gezählt. Das Experiment wurde 2006 und 2007 durchge- führt (vier Durchgänge an 100 Apfelgenotypen). Der Rostmilben-Befall(Aculus schlechtendaliNalepa)wurde durch die Anzahl Rostblätter pro Baum und die durch- schnittliche Anzahl Rostmilben pro Blatt ermittelt (Abb. 1 E u. 3). 2005 und 2006 wurden pro Jahr eine (Rostmilbe), zwei (Apfelwickler), oder drei bis vier (Blattläuse) Felderhebungen durchgeführt. Pflanzen- wuchsmerkmale (Höhe, Stammdurchmesser, Astlänge) wurden einmal pro Jahr gemessen. Die Anzahl Früchte pro Baum und der durchschnittliche Fruchtdurchmes-
Schädlingsresistenz beim Apfel
Apfelsorten mit umfassender Krankheits- und Schädlingsresistenz sind sowohl für Produzenten als auch für Konsumenten von grossem Interesse. Dank resistenter Wirtspflanzen sollte der Einsatz von Pflanzenschutzmitteln vermindert, die Umwelt geschont und die Natürlichkeit des Apfels noch weiter verbessert werden. Die Erforschung der Pflanzenresistenz gegenüber häufig vorkommenden Schädlingen beim Apfel(Malusxdomestica)ist ein bisher eher vernachlässigtes Thema, das nun in einer Dissertation an der ETH Zürich in Zusammenarbeit mit der Forschungsanstalt Agroscope Changins-Wädenswil ACW untersucht wurde.
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Abb. 1: Schaden der Apfelwickler- Larve (A), Kolonie der Mehligen Apfellaus (B), Schaden der Falten- laus (C), Grüne Apfelblattlaus (D), Rostmilben (E).
Sibylle Stöckli, Karsten Mody und Silvia Dorn,
ETH Zürich, Institut für Pflanzenwissenschaften/Ange- wandte Entomologie, Zürich
Markus Kellerhals, Forschungsanstalt Agroscope Changins-Wädenswil ACW, Wädenswil
markus.kellerhals@acw.admin.ch
In der Apfelzüchtung wird weltweit starkes Gewicht auf Krankheitsresistenz zum Beispiel gegen Schorf(Ventu- ria inaequalis) oder Feuerbrand (Erwinia amylovora Burrill) gelegt. Der Wunsch nach einer Erforschung der genetischen Grundlage der Schädlingsresistenz besteht in Züchterkreisen schon längere Zeit, wurde aber nie umfassend angegangen. Die Wirt-Schädling-Interaktion (zum Beispiel der Wirtsfindungsprozess) ist recht kom- plex. Deshalb ist das Verständnis der Genetik der Wirts- resistenz oft nicht leicht zugänglich. Als Mass für die Schädlingsresistenz von Apfelgenotypen wurde der Schädlingsbefall im Feld ermittelt und eine Korrelation mit Abschnitten im Apfelgenom (repräsentiert durch molekulare Marker) geprüft. Die identifizierten moleku- laren Marker können in der markergestützten Selektion von Apfelsämlingen verwendet werden und reduzieren so den Züchtungsaufwand.
Versuche zur Ermittlung der Schädlingsresistenz Die Schädlingsresistenz wurde an 160 verschiedenen Apfelnachkommen einer «Fiesta҂Discovery-Kreuzung»
(Malus҂domesticaBorkh.) evaluiert, die seit 1998 in drei Versuchsstationen von ACW stehen (Cadenazzo, Conthey und Wädenswil). Bei allen Äpfeln am Baum wurde überprüft, ob ein Befall durch die Apfelwickler- Larve(Cydia pomonella Linnaeus)vorliegt (Abb. 1 A).
Die Anzahl Kolonien mit Mehliger Apfelblattlaus(Dys- aphis plantaginea Passerini), die Anzahl Faltenblätter verursacht durch die Faltenlaus (Dysaphis devectaWal- ker) und die Anzahl Individuen der Grünen Apfelblatt- laus (Aphis pomiDe Geer) pro Baum wurden bonitiert (Abb. 1 B-D). Zusätzlich zur allgemeinen Resistenz wur- de für die Grüne Apfellaus ein separates Experiment durchgeführt, bei dem die Populationsentwicklung an künstlich infizierten Ästen beobachtet wurde (Abb. 2).
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Apfelwickler
Der Apfelwicklerbefall bei den einzelnen Felderhebun- gen variierte zwischen 0.4% (Cadenazzo) und 6.5%
(Conthey). Ein QTL für Apfelwickler-Anfälligkeit wurde auf dem Chromosom 10 von Discovery gefunden (Stoeckli et al. 2009a). Apfelgenotypen ohne den Marker waren signifikant resistenter als die anderen Genotypen (Abb. 4). Leider erklärt der QTL nur 8.2% der phänotypi- schen Variation. Als mögliche Erklärung dient der kom- plexe Wirtsfindungsprozess des Apfelwicklers. Die Be- deutung flüchtiger organischer Stoffe (Duftstoffe), von Zuckern (z.B. Fructose) oder auch von physikalischen Faktoren (z.B. Fruchthärte) bei der Interaktion zwischen Wirt und diesem Schädling sind vergleichsweise gut be- kannt. Bei jedem Schritt der Wirtsfindung sind andere Faktoren relevant und erklären die Komplexität. Die Wirt-Parasit-Interaktion bei Krankheiten ist dagegen oft eine ja/nein Beziehung. Dies ermöglicht die Identifika- tion von QTL, die einen grossen Anteil der phänotypi- schen Variation erklären wie beim Feuerbrand (Khan et al. 2006). Umweltbedingungen wie die Temperatur kön- nen die Resistenz direkt (Schädling) oder indirekt (Pflanzenmerkmale) beeinflussen. Es konnte gezeigt werden, dass auf der wärmeren Südseite des Baums mit grösseren (reiferen) Früchten der Apfelwicklerbefall am stärksten war (Stoeckli et al. 2008a). Dies ist eine wichti- ge Information für die optimierte Überwachung dieses wichtigen Apfelschädlings.
Blattläuse
Der stärkste Befall durch die Mehlige Apfellaus und die Faltenlaus wurde in Cadenazzo ermittelt (14 bis 18 Kolo- nien beziehungsweise zwei bis drei Faltenblätter pro Baum). Die Anlage in Conthey war am stärksten durch die Grüne Apfellaus (70 bis 400 Läuse pro Baum) befal- len. In Wädenswil wurden keine Faltenläuse beobach- ten. Ein Wermutstropfen ist, dass der QTL für die ökono- misch wichtige Mehlige-Apfellaus-Resistenz auf dem Fiesta-Chromosom 17 lediglich 8.5% der phänotypi- schen Variation erklärt (Abb. 4). Weitere Untersuchun- gen wären in diesem Bereich sicher erwünscht, wobei allenfalls eine für das Merkmal stärker aufspaltende Po- pulation in Betracht gezogen werden könnte. Bei der Faltenlaus konnte die bereits früher gefundenen Region Sd1 auf dem Fiesta-Chromosom 7 dank unserer Unter- suchung bei einer weiteren Population bestätigt werden (Stoeckli et al. 2008b, Abb. 4). Sie erklärte 20% der phä- notypischen Variabilität.
Eine allgemeine Resistenz gegen die Grüne Apfellaus konnte nicht in Verbindung zu einer spezifischen Regi- on auf dem Apfelgenom gebracht werden. Mögliche Er- klärungsfaktoren sind die ungleiche räumliche Vertei- lung der Blattlaus in der Apfelanlage und die Interaktio- nen zwischen den Blattlausarten. Es konnte kein stabiler Zusammenhang zwischen der Populationsent- wicklung der Grünen Apfellaus an künstlich infizierten Ästen und einer Region auf dem Apfelgenom identifi- ziert werden (Hinweis für ein möglicher QTL auf Fiesta- Chromosom 11, Stoeckli et al. 2008c). Eine mögliche Er- klärung ist der signifikante positive Zusammenhang zwischen der Populationsentwicklung und der Astlänge.
Allgemeine Pflanzenwuchsfaktoren wie Baumhöhe ser wurden zweimal pro Jahr ermittelt. Ein Zusammen-
hang zwischen den entwickelten molekularen Markern (Liebhard et al. 2003) und dem Schädlingsbefall wurde nun mit einer QTL-Analyse überprüft. Regionen auf dem Apfelgenom (repräsentiert durch molekulare Marker) mit nachgewiesenem Einfluss auf die genetisch bedingte Varianz der Merkmalsausprägung werden als
«Quantitative Trait Loci» (QTL) bezeichnet.
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L’é nis au ce jec tan lec gé le Ré Abb. 2: Experiment zur Populationsentwicklung der Grünen Apfellaus an
künstlich infizierten Ästen.
Abb. 3: Für die Felderhebung der Rostmilbe wurden im August 24 Blätter pro Baum gesammelt. Die Milben wurden mit einem Lösungsmittel von den Blät- tern abgelöst, die Lösung danach filtriert. Die Anzahl Milben wurde mit Hilfe eines Binokulars ermittelt.
Abb. 4: Zusammenhang zwischen Schädlingsresistenz und molekularen Mar- kern. Pflanzen mit dem identifizierten molekularen Markern wiesen einen statistisch signifikant geringeren (Mehlige Apfellaus, Faltenlaus und Rostmil- be) oder einen stärkeren (Apfelwickler) Befall auf als die anderen Genotypen.
Bei der Rostmilbe waren zwei Regionen auf dem Fiesta-Chromosom 7 mit ei- ner Resistenz assoziiert.
4 8 12 16 20 24
Faltenlaus 0
Mehlige Apfellaus Fiesta Chr.17
vorhanden nicht vorhanden Molekularer Marker
Rostmilbe Apfelwickler
Discovery Chr.10 Fiesta Chr.7Fiesta Chr.7Fiesta Chr.7 Fiesta Chr.7 Schädlingsbefall (Mittelwert±se)
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oder Stammdurchmesser hatten jedoch keinen Einfluss auf die Entwicklung der Grünen Apfellaus.
Rostmilbe
Von allen drei Standorten wies die Anlage in Wädenswil den stärksten Rostmilben-Befall auf (im Durchschnitt acht Rostblätter pro Baum). Es konnte ein starker Zu- sammenhang zwischen der Anzahl Rostblätter pro Baum und der Anzahl Rostmilben pro Blatt aufgezeigt werden. Zwei Regionen auf dem Chromosom 7 von Fies- ta waren mit einer Rostmilben-Resistenz assoziiert, und erklärten 11 bis 17% der phänotypischen Variabilität (Stoeckli et al. 2009b, Abb. 4). Besonders interessant scheint zu sein, dass Chromosom 7 von Fiesta verschie- dene Resistenz-QTL beherbergt, so für Faltenlaus (Stoeckli et al. 2009b) und für Feuerbrand (Khan et al.
2006), quasi ein «Resistenz-Hotspot».
Pflanzenwuchs- und Fruchtmerkmale
Neben Resistenz sind Pflanzenwuchs und Fruchtquali- tät die primären Selektionskriterien für eine Apfelsorte.
Ein QTL für Astlänge (Fiesta-Chromosom 7) und Stammdurchmesser (Discovery-Chromosom 1, 13, 14) wurde identifiziert. Ein QTL für die Anzahl Früchte pro Baum wurde auf dem Fiesta-Chromosom 12 gefunden.
Die QTL für die Pflanzenmerkmale erklärten weniger als 10% der phänotypischen Variabilität.
Folgerungen für die Praxis
Durch die Felderhebungen konnten hochresistente und -anfällige Apfelgenotypen identifiziert werden, die in die Apfelzüchtung integriert werden können. Fünf Zuchtnummern haben sich als insgesamt sehr tolerant gegen mehrere Schädlinge erwiesen. Erfreulicherweise wurden keine signifikanten Unterschiede bei der Fruchtqualität zwischen hochresistenten und hochan- fälligen Genotypen gefunden. Die Studie erlaubte die Verbesserung des Wissens über die Genetik der Schäd- lingsresistenz beim Apfel. Der Wirtsfindungsprozess, der durch Umwelt- sowie Pflanzenfaktoren beeinflusst wird, erhöht die Komplexität der Interaktion zwischen Wirt und Schädling. Eine Kombination von markerge- stützter Selektion von Apfelsämlingen und einer Evalua-
tion im Feld verspricht deshalb am meisten Erfolg. Die Entwicklung zusätzlicher molekularer Marker und wei- tere Felderhebungen in einer anderen Population sind weitere Schritte für den praktischen Nutzen der Resulta- te in der Apfelzüchtung. Die Resultate sollten vor einer Anwendung in der markergestützten Selektion in einer Rückkreuzung geprüft werden.
Dank
Die Autoren danken Cesare Gessler, Giovanni Broggini und Awais Khan (ETH Zürich) sowie Andrea Patocchi (ACW) für die Unterstützung bei der QTL Analyse; Cesare Gessler (ETH Zürich), Mauro Jermini und Danilo Chris- ten (ACW) für den Zugang zu den Apfelanlagen; Hein- rich Höhn (ACW) für die fachliche Unterstützung bei der Analyse der Rostmilbenpopulation und allen Assisten- tinnen und Assistenten, die bei der Datenaufnahme be-
hilflich waren. ■
Literatur
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Liebhard R., Koller B., Gianfranceschi L. and Gessler C.: Creating a saturated reference map for the apple(Malus҂domestica Borkh.) genome. Theor. Appl. Genet. 106, 1497–1508, 2003.
Stoeckli S., Mody K. and Dorn S.: Influence of canopy aspect and height on codling moth(Lepidoptera: Tortricidae)larval infesta- tion in apple, and relationship between infestation and fruit size.
J. Econ. Entomol. 101, 81–89, 2008a.
Stoeckli S., Mody K., Gessler C., Patocchi A., Jermini M. and Dorn S.: QTL analysis for aphid resistance and growth traits in apple.
Tree Genet. Genom. 4, 833–847, 2008b.
Stoeckli S., Mody K. and Dorn S.:Aphis pomipopulation deve- lopment, shoot characteristics, and antibiosis resistance in diffe- rent apple genotypes. J. Econ. Entomol. 101, 1341–1348, 2008c.
Stoeckli S., Mody K., Gessler C., Christen D. and Dorn S.: QTL mapping of resistance in apple toCydia pomonellaandLyonetia clerkella, and of two selected fruit traits. Ann. Appl. Biol. in press, 2009a.
Stoeckli S., Mody K., Patocchi A., Kellerhals M. and Dorn S.: Rust mite resistance in apple assessed by quantitative trait loci analy- sis. Tree Genet. Genom. 5, 257–267, 2009b.
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L’étude présentée ici portait sur la base génétique défi- nissant la résistance du pommier (Malus҂domestica) au carpocapse, au puceron cendré du pommier, au pu- ceron des galles rouges et aux ériophyides libres. L’ob- jectif était de mieux connaître la génétique de la résis- tance aux ravageurs et de diminuer ainsi les frais de sé- lection. Pour quantifier la résistance aux ravageurs de génotypes du pommier, on a recensé l’infestation sur le terrain, puis tenté d’établir une corrélation avec les
régions sur le génome du pommier. Des marqueurs moléculaires ont été détectés en relation avec une ré- sistance accrue aux ravageurs. Cependant, des facteurs environnementaux et inhérents au végétal compliquent l’identification d’une base génétique de résistance aux ravageurs chez le pommier. C’est pour- quoi la piste la plus prometteuse semble être celle de la sélection de plants de pommiers à l’aide des mar- queurs combinée avec une évaluation sur le terrain.
Résistance du pommier aux ravageurs SZOW6_09.qxd:Layout 1 12.3.2009 13:36 Uhr Seite 15
