Projektübersicht WheatSustain

© Morten Lillemo (NMBU)

WheatSustain: ERA-NET SUSCROP: Knowldege-driven genomic predictions for sustainable disease resistance in wheat

Projektleitung

Hermann Buerstmayr

Forschungseinrichtung

Universität für Bodenkultur Wien

Projektnummer

101402

Projektlaufzeit

-

Finanzierungspartner

Bundesministerium für Nachhaltigkeit und Tourismus| Bundesministerium für Landwirtschaft, Regionen und Tourismus

Allgemeine Projektinformationen

Schlagwörter (deutsch)

Weizen, Fusarium, Rost, Resistenz, Züchtung, Genomische Selektion,

Titel, Abstract, Schlagwörter (englisch)

Titel (englisch)

Knowledge-driven genomic predictions for sustainable disease resistance in wheat

Abstract (englisch)

Siehe WheatSusatain Vollantrag, Seite 4.

Projektziele

Pilzkrankheiten an Nutzpflanzen sind ein Begleiter des Menschen wahrscheinlich seit Beginn des Ackerbaues vor 10000 Jahren. Pilzkrankheiten führen zu erheblichen chronischen und gelegentlich akuten Schäden in der Landwirtschaft. Trotz weltweitem Einsatz von Pflanzenschutz werden die Verluste durch phytopathogene Pilze auf etwa 15% geschätzt, ohne Fungizideinsatz wäre sogar mit Ernteausfällen von 30% zu rechnen (Hallmann et al. 2009). Einer der Eckpfeiler nachhaltiger und integrierte Bekämpfung von Krankheiten ist zweifellos die Züchtung und der Anbau resistenter Sorten. Die Züchtung resistenter Sorten basiert auf zwei unabdingbaren Voraussetzungen: 1) die Verfügbarkeit von genetischen Ressourcen mit den benötigten Resistenzgenen und 2) effiziente Selektionsverfahren welche die Auswahl verbesserter Sortenkandidaten ermöglichen.
In diesem Projekt wird an der Resistenz gegenüber zwei der wichtigsten Pilzkrankheiten von Weizen geforscht: Gelbrost und Ährenfusariose.


Gelbrost verursacht durch Puccinia striiformis hat in den vergangenen Jahren unerwartet hohe Befallsgrade gezeigt. Das epidemische Auftreten von Gelbrost ist durch die Entstehung neuer, virulenter Rassen gekennzeichnet. Sorten mit monogener, oft rassenspezifischer Resistenz können innerhalb kurzer Zeit hoch anfällig werden. Resistenz gegenüber Gelbrost kann allerdings auch durch quantitative, dauerhafte Resistenz erreicht werden, allerdings ist die Selektion und Züchtung deutlich aufwändiger und schwieriger.


Ährenfusariose wird durch eine Gruppe verwandter Arten der Gattung Fusarium ausgelöst, wobei F. graminearum, F. culmorum und F. avenaceum am häufigsten genannt werden. Ährenfusariose ist eine Pilzkrankheit die durch veränderte Fruchtfolgen (zunehmender Maisanbau) und agronomische Maßnahmen (Minimalbodenbearbeitung, Direktsaat) an Bedeutung gewonnen hat. Neben meist nur moderaten Ertragsverlusten bewirkt ein Befall mit Ährenfusariose hohe Qualitätsverluste insbesondere durch die Verunreinigung des Getreides mit Pilzgiften (Mykotoxinen).

Praxisrelevanz

Im ERS-Net Projekt WheatSustain verfolgen wir die Thematik der Genomischen Selektion auf verbesserte Resistenz. Genomische Selektion nutzt für die Auswahl geeigneter verbesserter Sortenkandidaten genetische Fingerabdrücke, die für die Erstellung eines Vorhersagemodelles benutzt werden. Im Konsortium arbeiten wir daran die Parameter und Modellansätzte für die Entwicklung robuster Vorhersagemodelle zu optimieren und zu validieren. Dafür sein einerseits Feldversuche zur Prüfung von Sorten und Zuchtlinien auf Resistenzeigenschaften erforderlich, andererseits umfangreiche genetische Fingerabdrücke zu erstellen und vor allem neue Wege in der Datenauswertung zu beschreiten.

Das Ziel der Arbeit ist verbesserte Werkzeuge für die Züchtung zu entwickeln und so einen Beitrag zu leisten für die effiziente Sortenentwicklung. Sorten mit dauerhafter und hoher Krankheitsresistenz welche mit geringem Input optimale Leistungen erreichen sind zweifellos von hohem Nutzen für die Landwirtschaft und die Gesellschaft.

Berichte

Abschlussbericht , 01.12.2022

Kurzfassung

Genomische Selektion (GS) ist ein relativ neues Werkzeug in der Pflanzen- und Tierzucht. Die Anwendung genomischer Selektion für verbesserte Krankheitsresistenz bedarf weiterer Optimierung und Verbesserung, insbesondere weil Resistenzen oft epistatisch gesteuert sind und rassenspezifische Resistenzen eine Vorhersage unzuverlässig machen. Im vorliegenden Projekt wurden neue Wege gesucht um genomische Selektion in der Resistenzzüchtung gegen Fusarium (quantitative und nicht rassenspezifische Resistenz) sowie Gelbrost (qualitative bis quantitative und häufig rassenspezifische Resistenz) zu vergleichen und zu optimieren.

Berichtsdateien

FinalReport_WheatSustain.pdf

Abstract (deutsch)

Die Genomische Selektion ermöglicht eine schnellere und effektivere Züchtung neuer Sorten,
indem hochdichte Markerdaten dazu verwendet werden, Zuchtwerte von
Kreuzungsnachkommen vorherzusagen. Je nach Vorhersagegenauigkeit können Zeit und Geld
eingespart und die Selektionsintensität erhöht werden, indem kostspielige und
zeitaufwändige Phänotypisierung vermieden wird. Es gibt viel Spielraum, um die genomische
Vorhersage komplexer Krankheitsresistenzen wie Gelbrost und Ährenfusarium (FHB) im
Weizen zu verbessern. Die Kernidee von WheatSustain ist es, biologisch relevante Daten,
bekannte Merkmalskorrelationen, Umwelteffekte und quantitative Merkmale (QTL) zu
nutzen, um bessere und robustere GS-Modelle zu erstellen. Auf lange Sicht wird dies Züchtern
ermöglichen, neue Sorten mit verbesserter Krankheitsresistenz zu entwickeln, die weniger
Ertrags- und Qualitätsverluste erleiden und mit geringerem Einsatz von Fungiziden angebaut
werden können.
In WheatSustain ist eine enge Zusammenarbeit zwischen weltweit führenden Experten für
genomische Vorhersagemodellierung, Bioinformatik, Weizengenomik und führenden
Wissenschaftlern auf dem Gebiet der Pflanzenpathologie und Wirt-Pathogen-Beziehungen für
Gelbrost und Ährenfusarium in Weizen etabliert. Das Projekt arbeitet in enger
Zusammenarbeit mit öffentlichen und privaten Weizenzuchtprogrammen und zeichnet sich
durch eine interdisziplinäre Zusammenarbeit zwischen Forschungsgruppen aus Norwegen,
Irland, Deutschland, Österreich, Mexiko, den USA und Kanada aus. Pflanzenzüchter beteiligen
sich aktiv an der Forschung, indem sie Zuchtmaterial mit phänotyptischen und genotypischen
Daten zur Verfügung stellen, Feldversuche durchführen und die verbesserten GS-Modelle in
ihren Zuchtprogrammen validieren

Abstract (englisch)

Genomic selection (GS) allows for a faster and more effective breeding of new cultivars by utilizing high-density marker data to predict breeding values of progeny lines. Depending on the prediction accuracy, time and money can be saved, and selection intensity increased by avoiding costly and time-consuming phenotyping. Much room exists to improve the genomic prediction of complex disease resistances such as stripe rust and Fusarium Head Blight (FHB) in wheat. The core idea behind WheatSustain is to make use of biologically relevant data, known trait correlations, environmental effects and quantitative trait loci (QTL) to make better and more robust GS models. In the long run, this will enable breeders to develop new cultivars with improved disease resistance, which will suffer less yield and quality losses and can be cultivated with less use of fungicides.

WheatSustain has established a close collaboration among world leading experts on genomic prediction modeling, bioinformatics, wheat genomics and leaders in the field of plant pathology and host-pathogen relationships for stripe rust and FHB resistance in wheat. The project has established an interdisciplinary teamwork across research groups from Norway, Ireland, Germany, Austria, Mexico, USA and Canada in close collaboration with public and private wheat breeding programs. Plant breeders take active part in the research by providing germplasm with phenotypic and genotypic data, conducting field trials and validating the improved GS models in their breeding programs.

Autor/innen

Hermann Bürstmayr, Sebastian Michel