23.05.2012

Forschung Projekte

Sorten mit geschlossener Blüte - eine sinnvolle Strategie zur Begrenzung der Pollenausbreitung bei Raps?

(2008 – 2011) Julius Kühn-Institut (JKI), Bundesforschungsinstitut für Kulturpflanzen, Institut für die Sicherheit biotechnologischer Verfahren bei Pflanzen, Quedlinburg

Thema

Pflanzen, die sich innerhalb der geschlossenen Blüte selbst bestäuben und befruchten, werden als kleistogam bezeichnet. Französische Wissenschaftler konnten bei Raps durch gezielte Mutationen Kleistogamie hervorrufen.

Seit kurzer Zeit wird das Phänomen Kleistogamie im Hinblick darauf erforscht, es bei transgenem Raps für ein biologisches Confinement einzusetzen. Ein Gentransfer zu benachbarten Pflanzen über Pollen könnte auf diese Weise begrenzt werden.

Generell ist diese Eigenschaft jedoch im Hinblick auf die Rückverfolgbarkeit und die getrennte Produktion von Erntegut verschiedener Herkünfte und Qualitäten (identity preservation) auch für konventionelle Sorten von Interesse.

Folgende Fragestellung wurde untersucht:

• Welches Auskreuzungsverhalten zeigen kleistogame Rapslinien im praxisnahen Anbau?

Das Projekt ist Teil des Verbundprojektes „Entwicklung und Überprüfung von Confinement-Strategien für Raps.“ Zwischen den Verbundpartnern Universität Hohenheim, Universität Göttingen und dem Julius Kühn-Institut (JKI) finden Kooperationen auf Ebene der Laboranalytik, der Nutzung von Versuchsflächen und des Datenaustausches für Modellierungen statt.

Zusammenfassung

Die untersuchten Gensequenzen der kleistogamen und der konventionellen Rapssorte wiesen nur geringe Unterschiede auf, sodass keine geeigneten molekularen Marker und somit auch kein PCR-Verfahren zur Unterscheidung der Rapslinien entwickelt werden konnten.

Deshalb konnten die im Feld gewonnenen Proben nicht analysiert werden. Es konnte keine Aussage darüber getroffen werden, in welchem Maße eine Auskreuzung durch Nutzung kleistogamer Rapspflanzen reduziert werden kann.

Versuchsbeschreibung

Entwicklung einer Methode zur Erfassung der Auskreuzung kleistogamer Sorten

Es sollte ein geeignetes PCR-Verfahren zur quantitativen Bestimmung der Auskreuzung kleistogamer Sorten in konventionelle nicht-kleistogame Sorten entwickelt werden. Es wurde versucht, mit Hilfe molekularer Marker und des Kleistogamie-codierenden Gens eine sensitive Nachweisgrenze zu erreichen, anhand derer die (geringe) Auskreuzung aus einem kleistogamen Rapsschlag in einen Empfängerschlag erkannt und quantifiziert werden könnte.

Auskreuzung kleistogamer Sorten im Feld

An unterschiedlichen Standorten sollte der Grad einer Einkreuzung kleistogamer Sorten in Empfänger-Rapssorten ermittelt werden. Dabei wurde der Frage nachgegangen, welcher Abstand zwischen einem kleistogamen und einem nicht-kleistogamen Rapsschlag eingehalten werden muss, um einen bestimmten Schwellenwert der Auskreuzung nicht zu überschreiten. Zu diesem Zweck wurde jeweils ein 0,25 Hektar großes Feld mit kleistogamem Raps als Pollenquelle (Donor) angebaut. In Windrichtung schloss sich der Pollenempfänger (Rezipient), ein 0,25 Hektar großer nicht-kleistogamer Rapsschlag an. In verschiedenen Entfernungen vom Donorschlag wurden Rapspflanzen zur Blühperiode bonitiert und zur Ernte Proben genommen.

Ergebnisse

Entwicklung einer Methode zur Erfassung der Auskreuzung kleistogamer Sorten

Identifizierung molekularer Marker: Als Erfolg versprechende Marker boten sich Gensequenzen an, die für den Erucasäuregehalt verantwortlich sind. Der kleistogame Raps und die Linie Marcant unterscheiden sich neben der Eigenschaft der Kleistogamie auch durch ihren Erucasäuregehalt in den Samen. Bei dem kleistogamen Raps handelt es sich um eine Linie mit niedrigem Erucasäuregehalt (LEAR), Marcant ist dagegen eine Hocherucasäurelinie (HEAR).

Der niedrige Erucasäuregehalt in den kleistogamen Rapssamen wird durch eine Mutation im fae1 (=fatty acid elongation 1)-Gen bedingt. Rapslinien mit unterschiedlichen Erucasäuregehalten weisen daher Unterschiede in ihren fae1-Gensequenzen auf, anhand derer sich molekulare Marker für molekularbiologische Analysen entwickeln lassen müssten. Trotz umfangreicher Arbeiten konnten jedoch keine geeigneten Primer entwickelt werden.

Als ein weiteres potenzielles Markergen bot sich das Kleistogamie-Gen an. Es handelt sich um eine Punktmutation, die zu einem Austausch einer Aminosäure in der Proteinsequenz führt. Anhand der DNA-Sequenz des mutierten Clg-Gens aus kleistogamem Raps wurden Primer entwickelt, mit denen DNA-Sequenzabschnitte des Clg-Gens von Marcant vervielfältigt werden konnten. Auch hier konnte kein ausreichend sensitives Verfahren entwickelt werden.

Auskreuzung kleistogamer Sorten im Feld

Im Sommer 2009 und 2010 wurden die Versuchsflächen beerntet. Dabei wurden aus dem jeweiligen Pollenempfänger (Sorte Marcant) die Haupttriebe offen abgeblühter Rapspflanzen geerntet, um die Samen für die molekularbiologischen Untersuchungen zu gewinnen. Die Einzelpflanzen wurden aus jeweils acht unterschiedlichen Distanzen zum Donorfeld (kleistogamer Raps) geerntet. In der Summe wurden an den jeweiligen Standorten zwischen 112 und 128 Einzelpflanzen geerntet.

Da die Sensitivität der entwickelten PCR-Verfahren zur quantitativen Unterscheidung der Rapslinien nicht ausreichte, konnten die im Feld gewonnenen Proben bisher nicht analysiert werden. Sollte sich aufgrund technischer Fortschritte die Möglichkeit einer sensitiven quantitativen Unterscheidung ergeben, werden die Analysen nachgeholt.