15.06.2012

Forschung Projekte

Genetische Untersuchungen zur Vererbung der Überdauerungsneigung (sekundäre Dormanz)

(2008 – 2011) Georg-August-Universität Göttingen, Department für Nutzpflanzenswissenschaften, Abteilung Pflanzenzüchtung, Göttingen

Thema

Rapssamen können lange Zeit im Boden überdauern. Sie keimen oft erst nach Jahren und können als Durchwuchsraps in Folgekulturen Probleme bereiten. Wenn gentechnisch veränderter Raps angebaut wird, kann es auf diesem Wege in konventionellen Rapsfolgekulturen zu ungewollten Vermischungen kommen.

Ziel dieses Projektes war es, die Vererbung der Überdauerungsneigung (sekundäre Dormanz) bei Winterraps zu untersuchen, um die Züchtung von Sorten mit geringer sekundärer Dormanz zu ermöglichen. Der Einfluss von Umweltfaktoren sowie mögliche Zusammenhänge mit Sameninhaltsstoffen sollten quantifiziert werden. Um den Züchtungsprozess zu beschleunigen und gezielt auf das Merkmal „Sekundäre Dormanz“ hin selektieren zu können, sollten molekulare Markerund entsprechende Genotypen für die Sortenzüchtung zur Verfügung gestellt werden.

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

In der untersuchten doppelthaploiden Winterrapspopulation konnte eine große Variation und eine hohe Erblichkeit für das Merkmal „Sekundäre Dormanz“ beobachtet werden. Da dieses Merkmal eng mit der Keimfähigkeit der Samen korreliert, könnte eine Selektion von Samen mit hoher Keimfähigkeit zu Sorten mit geringer Neigung zur sekundären Dormanz führen. Allerdings zeigte die grafische Darstellung der Korrelation in der vorliegenden Population eine ungewöhnliche Verteilung, so dass eine Selektion auf hohe Keimfähigkeit nur bedingt zur Selektion niedrig dormanter Genotypen führt. Zu anderen Sameneigenschaften konnten keine Korrelationen festgestellt werden.

Die ermittelten Quantitative Trait Loci (QTL) ermöglichen zusammen mit gekoppelten Markern eine markergestützte Selektion auf das Merkmal „Sekundäre Dormanz“.

Versuchsbeschreibung

Genetische Variation des Merkmals „Sekundäre Dormanz“

Die genetische Variation des Merkmals „Sekundäre Dormanz“ wurde an den Samen einer doppelthaploiden Rapspopulation untersucht, die aus einer Kreuzung zwischen Genotypen mit hoher und niedriger sekundärer Dormanz hervorging. Da die Fähigkeit der Samen zur Ausbildung sekundärer Dormanz möglicherweise mit bestimmten anderen Eigenschaften der Samen in Zusammenhang steht, sollten die Gehalte an verschiedenen Inhaltsstoffen bestimmt werden. So wurden Speicherproteine, pflanzliche Hormone und weitere Sameninhaltsstoffe wie z.B die Fettsäurezusammensetzung untersucht. Außerdem wurde die Samengröße über das Tausendkorngewicht (TKG) ermittelt.

Würde eine enge Korrelation zwischen dem Merkmal „Sekundäre Dormanz“ und einem oder mehreren der genannten Sameneigenschaften festgestellt, so könnte dies die züchterische Selektion auf eine geringe Ausprägung der sekundären Dormanz erleichtern.

Feldversuche an mehreren Orten

229 Linien einer doppelthaploiden Rapspopulation wurden in Feldversuchen auf sekundäre Dormanz und Inhaltsstoffe untersucht. Die Linien wurden an zwei Standorten (Göttingen und Thüle) über jeweils zwei Jahre (2008/2009 und 2009/2010) angebaut. Folgende Merkmale wurden an den Samen untersucht:

  • Sekundäre Dormanz: Mit einem an der Universität Hohenheim entwickelten Labortest wurde am frischen Erntegut die Fähigkeit zur Ausbildung sekundärer Dormanz untersucht. Zu Beginn des Tests durchliefen die Rapssamen eine zweiwöchige Phase, in der Dormanz ausgelöst werden sollte. Anschließend wurden die Samen auf ihre Keimfähigkeit untersucht.
  • Sameninhaltsstoffe: Speicherproteine, pflanzliche Hormone und weitere Sameninhaltsstoffe wurden mit verschiedenen Analysemethoden ermittelt.
  • Samengewicht: Hier wurde das Tausendkorngewicht ermittelt.

QTL (Quantitative Trait Loci) - Analyse

Zur molekulargenetischen Kartierung des Merkmals „Sekundäre Dormanz“ wurden die über zwei Jahre an jeweils zwei Orten ermittelten Informationen zur Dormanz, zu den phänologischen Merkmalen und den oben genannten Sameneigenschaften statistisch verarbeitet und in eine molekulare Markerkarte integriert. Im Rahmen dieser QTL-Analyse können auf der Markerkarte verschiedene Genorte identifiziert werden, die quantitativ zur Merkmalsausprägung beitragen.

Ergebnisse

In beiden Feldversuchsjahren wurden die Ernteproben der doppelthaploiden Linien gewonnen. Die Untersuchungen zeigten für diese Linien eine große Variation in der Ausprägung des Merkmals „Sekundäre Dormanz“. Genotypen mit ausgeprägter sekundärer Dormanz wiesen eine geringere Keimfähigkeit auf. Auch war die Erblichkeit für das Merkmal „Sekundäre Dormanz“ hoch.

Allerdings zeigte die grafische Darstellung der Korrelation mit der Keimfähigkeit der Samen in der vorliegenden Population eine ungewöhnliche Verteilung, so dass eine Selektion auf hohe Keimfähigkeit nur bedingt zur Selektion niedrig dormanter Genotypen führt.

Weitere Korrelationen zum Merkmal Dormanz konnten jedoch nicht festgestellt werden.

Die QTL-Analyse auf Basis zweijähriger Daten zur sekundären Dormanz identifizierte fünf QTL auf insgesamt fünf Kopplungsgruppen. Insgesamt wurden damit 41 Prozent der phänotypischen Variation erklärt.