© DDI Gregor M. Unger
ESCHE in Not - II: Bedrohtes Erbgut Esche - Phase II
Projektleitung
Heino Konrad
Forschungseinrichtung
BFW
Projektnummer
101476Projektlaufzeit
-
Finanzierungspartner
Amt der Burgenländischen Landesregierung| Amt der Kärntner Landesregierung| Amt der Niederösterreichischen Landesregierung| Amt der Oberösterreichischen Landesregierung| Amt der Salzburger Landesregierung| Amt der Steiermärkischen Landesregierung| Amt der Tiroler Landesregierung| Amt der Vorarlberger Landesregierung| Amt der Wiener Landesregierung| Landwirtschaftskammer Österreich| Bundesministerium für Nachhaltigkeit und Tourismus| Bundesministerium für Landwirtschaft, Regionen und Tourismus
Allgemeine Projektinformationen
Schlagwörter (deutsch)
Esche, Eschentriebsterben, Resistenzzüchtung, Freilandversuch,
Titel, Abstract, Schlagwörter (englisch)
Titel (englisch)
Ash in Distress - Phase II
Abstract (englisch)
Ash dieback caused by the ascomycete Hymenoscyphus fraxineus is causing severe damage on ash trees, changes forest ecosystems and can cause serious yield loss. This disease is currently causing major changes in the composition and ecology of hardwood forests in Austria as well as in the management of ash. The previous project ”Esche-in-Not” (http://www.esche-in-not.at/ind...) resulted into a selection of more than 700 mother trees sampled across Austria. Open-pollinated seeds were selected from these mother trees and the 35.000 progenies were raised in the BFW-experimental nursery under infectious environmental conditions. This is the most comprehensive field trial in Europe with all progenies traceable back to their mother trees. For all progenies the resistance against ash-disease as well as other traits important for forestry such as growth, from and bud burst were collected. However, as the seedlings were exposed for a limited period of time to the disease and moreover the seedlings are progenies from field resistant trees, the breeding values for many seedling were identical. As the breeding success is proportional to the selection intensity and the heritability and last mentioned component is biologically determined, only the selection intensity can be increased in order to optimize the breeding success. Therefore, it is planned that the selection will be further intensified based on (1) field data, (2) the outcome of a molecular screening with single-nucleotid polymorphisms already proven as determining the resistance successfully with more than 90 % accuracy and inoculation experiments with (3) H. fraxineus and (4) Armillaria spec. Such a selection should result into a resistant subset out of the 35.000 seedlings which is the foundation both for the multiclonal mixture as well as the basis for the conservation seed orchards. Finally, three experimental sites should be established with the multicloncak mixture: (1) site with characteristic disease pressure, (2) site free of ash-disease, and (3) site with known Armellaria spec. infestation. Moreover, a conservation seed orchard will be established. As the assessment of resistant clones becomes more valuable over time certain clones will be probably eliminated from the multiclonal mixture and the seed orchard. Hence, the starting number of clones must secure a certain buffer, should be genetically diverse and the mixture should comprise non-related material.
Projektziele
Es sollen folgende Ziele erreichet werden:
1. Auswahl von gegenüber dem Eschentriebsterben hochresistenten Sämlingen mit gleichzeitig erhöhter Resistenz gegenüber Armillaria spec.
2. Praxisreife Bereitstellung eines Eschen-Klongemisches und Testanbauten in Forstbetrieben
3. Etablierung einer Samenplantage zur Erzeugung hochresistenten Eschenvermehrungsgutes
4. Information über das Projekt an die Öffentlichkeit, forstliche Praxis und den Naturschutz
Ad 1.
Es wird eine Mehrphasen-Auslese innerhalb von aus feldresistenten Eschen gewonnenen Sämlingen angewendet:
Die Ergebnisse der bisherigen und in der Projektlaufzeit erhobenen Daten aus den Anbauversuchen bezogen auf forstlich relevante Merkmale sowie Schädigungen durch Hymenoscyphus franxineus im BFW-Versuchsgarten stellen die wichtigste Grundlage der phänotypischen Selektion dar.
Teilziel 1.1 Identifizierung von symptomfreien Nachkommen aus ca. 35.000 Sämlingen
Basierend auf den vorhandenen und noch zu erhebenden Daten aus allen Teilversuchen werden solche Individuen ausgewählt, welche gegenüber dem Triebsterben die höchsten Resistenzen gemessen als Zuchtwerte aufweisen.
Teilziel 1.2 Auslese von nicht miteinander verwandten Individuen
Um eine möglichst große genetische Vielfalt nach einer Auslese zu erhalten, werden solche Individuen ausgewählt, welche nicht miteinander verwandt sind bzw. nur einen geringen durchschnittlichen Verwandtschaftsgrad innerhalb der ausgelesenen Sämlinge aufweisen.
Teilziel 1.3 Auslese basierend auf forstlich relevanten Merkmalen
Obwohl die Resistenz gegenüber H. fraxineus das wichtigste Auslesekriterium darstellt, sollen bei ansonsten gleicher Eignung forstliche Merkmale wie z.B. Wuchsleistung und Formeigenschaften berücksichtigt werden.
Teilziel 1.4 Auslese resistenter Individuen anhand von genomischen Markergenen
Molekulare Marker (SNP=single nucleotide polymorphism), welche in britischen Versuchen eine Genauigkeit der Resistenz-Vorhersage von mehr als 90 % erbrachten, werden für die Auslese eingesetzt. Aus mehr als 9 Millionen Markern wurden mehr als 3000 SNP identifiziert, welche mit dem Eschentriebsterben assoziiert sind. Von diesen sind 60 SNPs in oder nahe von solchen kodierenden Genen, welche in der Pathogenabwehr bei anderen Pflanzenarten eine Rolle spielen. Diese SNPs sollen im Projekt verwendet werden, um die Auswahl auch auf molekularem Weg abzusichern.
Teilziel 1.5 Weitere Auswahl durch künstliche Infektion durch H. fraxineus
In o.g. Teilzielen wurden verschiedene Selektionsschritte realisiert. Diese basierten primär auf den Selektionsbedingungen im BFW-Versuchsgarten. In dieser Region ist der Infektionsdruck durch viele benachbarte vom Eschentriebsterben befallenen Bestände relativ hoch. Zusätzlich wurde der Infektionsdruck durch das Auslegen von mit H. fraxineus befallenen Blattspindeln erhöht. Zusätzlich soll eine künstliche Infektion durch Übertragung von Sporen (Inokulation) in das Pflanzengewebe erfolgen und der Krankheitsverlauf beobachtet werden. Da eine Inokulation arbeitsintensiv ist, kann dieses Verfahren nur für bereits sehr stark ausgelesenes Pflanzenmaterial, d.h. für weniger als 1 % der 35000 Sämlinge angewendet werden. Unter diesem Teilziel sollen ferner die Korrelationen zwischen der Erkrankung nach der Inokulation und der Erkrankung unter Feldversuchsbedingungen sowie zu den phänotypischen Merkmalen erfasst werden.
Teilziel 1.5 Weitere Auswahl nach künstlicher Infektion durch Armillaria cepistipes und A. gallica.
Armillaria cepistipes und A. gallica sind die häufigsten Hallimasch-Arten an vom Triebsterben erkrankter Eschen. Diese Erreger sind schwer zu diagnostizieren und führen zu einer starken Minderung der Stabilität der Eschenbestände führen. Daher wird das in den vorangegangenen Selektionsschritten ausgelesene Pflanzenmaterial künstlich infiziert und die genetischen Korrelationen zur Erkrankung durch Hymenoscyphus fraxineus sowie zu den phänotypischen Merkmalen werden erhoben.
Ad 2.
Ca. 150 Eschensämlinge, welche die verschiedenen Selektionskriterien am besten erfüllen, werden aus den 35.000 Individuen ausgewählt und bilden die Grundlage für Vegetativvermehrung, als auch als Material für die zu etablierende Samenplantage. Während des Projektes werden drei Testflächen mit einem Klongemisch in forstlichen Betrieben angelegt. Da die Einschätzung der Resistenz gegenüber dem Eschentriebsterben mit einer andauernden Disposition sicherer und damit wertvoller wird, soll das Testklongemisch mit einer hohen Anzahl an Klonen zusammengestellt werden, um zukünftig weitere Auslesen zu ermöglichen. Es bietet so auch bei Änderungen der Resistenz-Rangfolge und damit gegebenenfalls Reduktion an Klonen eine genügend hohe genetische Vielfalt. Da im Falle einer späteren kommerziellen Nutzung der Gesetzgeber im Forstlichen Vermehrungsgutgesetz normiert, dass die einzelnen Klone identifizierbar sein müssen, dienen die verwendeten 200 SNPs (siehe Teilziel 1.4) gleichzeitig auch für die Erstellung des klonspezifischen DNA-Fingerabdrucks.
Ad 3.
Das unter dem Teilziel 2 ausgelesene Pflanzenmaterial dient auch zur Etablierung einer Eschen-Samenplantage. Ferner wird im Rahmen der Etablierung der Plantage ein entsprechender Klonverteilungsplan ausgearbeitet, welcher die genotypischen Abstände basierend auf den 200 SNPs der einzelnen Klonpflanzen (= Rameten) zu ihren Nachbarpflanzen maximiert und so dazu beiträgt, dass bei einer allfälligen Paarung die klonale Selbstbefruchtung minimiert wird. Aus wissenschaftlicher Sicht wird die Anlage durch die für Eschen typische Triözie (weiblich, männlich, bisexuell) erschwert. Zudem ist die Geschlechtsausprägung über das Alter nicht stabil und in der Phase der Auslese nicht erkennbar.
Ad 4.
Große Teile der Öffentlichkeit, die gesamte forstliche Praxis und auch der Naturschutz sind bezüglich des Eschentriebsterbens in hohem Maße sensibilisiert. Im Rahmen dieses Projektes soll die erfolgreiche mediale Arbeit des Vorläuferprojektes fortgesetzt werden, indem alle zur Verfügung stehenden Medien genutzt werden, um über die getroffenen Maßnahmen zur Erhaltung der Esche zu informieren.
Praxisrelevanz
Berichte
Kurzfassung
Berichtsdateien
Abstract (deutsch)
Das Eschentriebsterben – hervorgerufen durch den eingeschleppten Pilz Hymenoscyphus fraxineus – hat sich seit mehreren Jahren über ganz Österreich ausgebreitet. Diese Krankheit schädigt die Bäume massiv, führt zu Zuwachsverlusten oder gar zum Absterben der Esche. Der Ausfall dieser anspruchsvollen Baumart der Laubmischwälder führt zu nachhaltigen Veränderungen des Ökosystems Wald. Darüber hinaus ist die Forstwirtschaft mit dem Edellaubholz Esche weitgehend zum Erliegen gekommen. Die Auslese resistenter Bäume stellt eine erfolgversprechende Möglichkeit für die Forstwirtschaft und den Naturschutz dar, gesunde Eschenpopulationen für zukünftige Aufforstungen und Renaturierungsprojekte zusammenzustellen. In Phase I von „Esche in Not“ konnten vielversprechende Ergebnisse, um die Baumart zu retten, erzielt werden: mehr als 35,000 Nachkommen von über 700 krankheitstoleranten Mutterbäumen wurden über drei Jahre hinweg in Bezug auf den Krankheitsbefall und andere Merkmale beobachtet. Seit Oktober 2019 wurde die Forschung in Phase II weitergeführt. Es zeigte sich, dass nach der Beobachtung von drei Befallsjahren noch immer rund 20% Nachkommen im Versuch frei von Krankheitssymptomen waren. Am Ende des Projektes wurde ein Klonarchiv mit einer Auswahl von mehr als 1000 hoch-krankheitstoleranten Klonen angelegt, die auch in forstlichen Wuchsmerkmalen überdurchschnittlich waren. Diese Elite-Klone wurden für die Bildung von Klonkollektiven für die Anlage von drei Samenplantagen, sowie für vegetative Vermehrung verwendet. Innerhalb der Projektlaufzeit wurden bereits zwei Samenplantagen und ein Feldversuch mit Stecklingspflanzen angelegt. Ergänzend wurden genetische Untersuchungen zur Populationsstruktur der Esche in Österreich, der genetischen Basis der Krankheitsresistenz, der Hybridisierung mit der Schmalblättrigen Esche, sowie Infektionsversuche mit Hallimasch und künstliche Infektionen mit Hymenoscyphus fraxineus durchgeführt, um die Klonauswahl noch zu verbessern und mehr über das Pathosystem zu erfahren. Im Projekt konnte bisher ein bedeutender Beitrag geleistet werden, um resistentes Vermehrungsgut für die forstliche Praxis bereitzustellen und die Esche wieder zu einer Wirtschaftsbaumart in den österreichischen Wäldern zu machen.
Abstract (englisch)
Ash dieback – caused by the introduced fungus Hymenoscyphus fraxineus – has spread throughout Austria over the past twenty years. This disease severely damages the trees, leading to growth losses or even the death of ash trees. The decline of this important tree species in mixed deciduous forests results in lasting changes to the forest ecosystem. Additionally, the forestry industry involving high-quality ash hardwood has largely come to a standstill. The selection of resistant trees presents a promising opportunity for forestry and nature conservation to gather healthy ash populations for future reforestation and restoration projects. In Phase I of the “Ash in Distress” initiative, promising results were achieved to save the species: over 35,000 offspring from more than 700 disease-tolerant mother trees were monitored over three years in terms of disease impact and other characteristics. Since October 2019, research has continued in Phase II. After three years of monitoring, around 20% of the offspring in the trials remained free of disease symptoms. At the end of the project, a clone archive was established, containing over 1,000 highly disease-tolerant clones that also exhibited above-average forestry growth characteristics. These elite clones were used to form clone collectives for the establishment of three seed orchards, as well as for vegetative propagation. During the project period, two seed orchards and a field trial with plants vegetatively propagated by rooted cuttings were established. In addition, genetic studies were conducted to examine the population structure of ash in Austria, the genetic basis of disease resistance, hybridization with narrow-leafed ash, as well as infection experiments with Armillaria and artificial infections with Hymenoscyphus fraxineus were conducted, to further improve clone selection and to gain deeper insights into the pathogen-host system. The project has made a significant contribution to providing resistant propagation material for practical forestry applications and to restoring ash as a commercially viable tree species in Austrian forests.
Autor/innen
Konrad, H., Szukala, A., Unger, G.M., Barl, J.I., Kirisits, T., Schwanda, K., Neidel, V.