German Fruit Genebank – looking back 10 years after launching a national network for sustainable preservation of fruit genetic resources

Das Nationale Fachprogramm zur Erhaltung und nachhaltigen Nutzung pflanzengenetischer Ressourcen landwirtschaftlicher und gartenbaulicher Kulturpflanzen ist die Arbeitsgrundlage aller Aktivitäten auf dem Gebiet der Erhaltung obstgenetischer Ressourcen in Deutschland. Die Erhaltung obstgenetischer Ressourcen, die in Deutsch­land bereits eine sehr lange Tradition hat und bis in die frühen Jahrzehnte des 20. Jahrhunderts zurückreicht, ist die Grundlage für eine langfristige Sicherung des Obstbaus. Bereits seit dieser Zeit wird eine Vielzahl an Sorten unterschiedlicher Obstarten in staatlichen und nichtstaatlichen Sammlungen erhalten. Die Deutsche Genbank Obst (DGO) wurde als dezentrales Netzwerk vor 10 Jahren mit dem Ziel gegründet, die Erhaltung verschiedener Sammlungen von genetischen Ressourcen zu koordinieren, um somit das Risiko eines Verlustes von Obstsorten zu minimieren. Die DGO besteht zum gegenwärtigen Zeitpunkt aus sechs obstartenspezifischen Netz­werken mit insgesamt 41 Sammlungen, die von Partnern sowohl an Bundes- und Landeseinrichtungen als auch in Landkreisen und Kommunen sowie von Vereinen und Privatpersonen erhalten werden. Da der Echtheitsüberprüfung der Obstsorten höchste Priorität beigemessen wird, war es in den letzten Jahren das Ziel, in den Sammlungen der Partner Bestimmungen der Sortenechtheit sowohl pomologisch als auch molekulargenetisch durchzuführen. 75% der Apfelsorten, die für die DGO ausgewählt wurden und ca. 60% der Kirschsorten konnten bisher als sortenecht bestimmt werden. Aufbauend auf diesen Ergebnissen wurde der erste Reiseraustausch zum Aufbau von Duplikaten in den Sammlungen organisiert, um das in den Kooperationsvereinbarungen gestellte Ziel, Erhaltung der Sorten an mindestens zwei verschiedenen Standorten mit jeweils mindestens zwei Bäumen, schrittweise zu erfüllen. Die Öffentlichkeitsdarstellung der DGO erfolgt über die Webseite www.deutsche-genbank-obst.de, wobei die Datenbank mit den Sorten- und Akzessionsdaten den Schwerpunkt des Internetauftrittes bildet. Zukünftig werden schrittweise Charakterisierungs- und Evaluierungsdaten sowie Fotos für alle Sorten der Sammlungen integriert. DOI: 10.5073/JfK.2019.02-03.01, https://doi.org/10.5073/JfK.2019.02-03.01In Germany, all activities of long-term preservation, utilization, research and development of fruit genetic resources are based on the German National Program for Genetic Resources of Agricultural and Horticultural Plants. The preservation of fruit genetic resources is the basis for ensuring a sustainable fruit production in Germany. It has a long-lasting tradition, which reaches back to the early decades of the 20th century. Ever since, a multitude of cultivars of different fruit crop species is preserved in public and private germplasm collections. The German Fruit Genebank has been established as a decentralized network 10 years ago aiming at the coordination of the different germplasm collections in Germany to minimize the risk of losing fruit genetic resources. The German Fruit Genebank is organized in species-specific networks. Currently, six of those networks consisting of 41 different collections are held at federal and state governmental institutions as well as in communities and towns, non-governmental organizations, and by private individuals. Because of high priority, the first projects characterizing the genetic resources on trueness-to-type based on pomological and molecular characters were completed in the last few years. About 75% of the apple cultivars belonging to German Fruit Genebank and ~60% of the cherry cultivars could be determined as true-to-type. Based on the results exchange of plant material will be organized between the partners of the German Fruit Genebank in order to duplicate the cultivars within the established fruit-specific networks and fulfil the aim of the cooperation agreement. The German Fruit Genebank is represented at the web site www.deutsche-genbank-obst.de, including the database of the cultivars and acces­sion data as focal point. Data from systematic characterization and evaluation along with photographs will be uploaded for all the cultivars preserved in this decentralized network. DOI: 10.5073/JfK.2019.02-03.01, https://doi.org/10.5073/JfK.2019.02-03.0

Conservation strategy of the wild species collections of the Fruit Gene Bank in Dresden-Pillnitz – Active Collection, Cryopreservation, Global Seed Vault

Die Erhaltung obstgenetischer Ressourcen ist eine wichtige Voraussetzung für die langfristige Sicherung des Obstbaus. Das Nationale Fachprogramm zur Erhaltung und nachhaltigen Nutzung pflanzengenetischer Ressourcen landwirtschaftlicher und gartenbaulicher Kulturpflanzen in Deutschland ist die Arbeitsgrund­lage aller Aktivitäten zur Erhaltung obstgenetischer Ressourcen. Die Obstgenbank in Dresden-Pillnitz hat sich seit ihrer Übernahme durch das Julius Kühn-Institut (JKI), Institut für Züchtungsforschung an Obst, am 01. Januar 2003 zu einem Partner für Wissenschaft und Praxis auf nationaler und internationaler Ebene entwickelt. Sie besitzt neben den Sortensammlungen von allen in Mitteleuropa heimischen Obstarten umfangreiche Wildartensammlungen, die bei Malus und Fragaria die größten öffentlich zugänglichen Sammlungen ihrer Art in Europa darstellen. Die Erhaltungsstrategien in der Obstgenbank sind vielfältig und umfassen bei den Wildarten neben der klassischen Aktivsammlung auch die Kryokonservierung und die Einlagerung von Samen im Svalbard Global Seed Vault im Permafrost in Norwegen. Ziel ist es, durch die Kombination von verschiedenen Erhaltungsmethoden die gene­tischen Ressourcen bei Obst nachhaltig und effektiv zu sichern.The preservation of fruit genetic resources is the basis for ensuring a sustainable fruit production. All activities of long-term preservation, utilization, research and development of fruit genetic resources are based on the German National Program for Genetic Resources of Agricultural and Horticultural Plants. The Fruit Gene Bank at the Julius Kühn-Institute (JKI), Institute for Breeding Research on Fruit Crops has been established as a partner for science and practice at the national and international level since its integration into JKI at January 1st, 2003. In addition to the cultivar collections for all fruit species native to Central Europe, it also has comprehensive wild species collections, which are the largest public collections of their type in Europe for the genera Malus and Fragaria. The conservation strategies in the fruit gene bank, especially under the special aspect of wild species, will be summarized in this paper and the combination of different conservation methods will be highlighted as a potential to secure the genetic resources of fruits sustainably and effectively

The German Fruit Genebank, a decentral network for sustainable preservation of fruit genetic resources

Die Erhaltung obstgenetischer Ressourcen ist die Grundlage für eine langfristige Sicherung des Obstbaus in Deutschland. Sie hat in Deutschland bereits eine sehr lange Tradition, die bis in die frühen Jahrzehnte des 20. Jahrhunderts zurückreicht. Seit dieser Zeit wird eine Vielzahl an Sorten unterschiedlicher Obstarten in staat­lichen und nicht-staatlichen Sammlungen erhalten. Bei einer solchen Form der Erhaltung ist es jedoch nicht auszuschließen, dass einzelne Sorten verloren gehen können. Um dieses Risiko zu minimieren, wurde die Deutsche Genbank Obst gegründet. Dieses dezentrale Netzwerk hat die Aufgabe, die Arbeit der einzelnen Sammlungen zu koordinieren. Dazu werden obstartenspezifische Netzwerke (z. B. Apfelnetzwerk, Erdbeernetzwerk etc.) gegründet. Diese Netzwerke erarbeiten die Richtlinien, welche für eine nachhaltige Sicherung der jeweiligen Obstart notwendig sind. Bislang ist es gelungen, drei solcher Netzwerke für die Obstarten Erdbeere, Kirsche und Apfel zu gründen. Am Aufbau von Netzwerken für weitere Obstarten wird bereits intensiv gearbeitet.The preservation of fruit genetic resources is the basis for ensuring a sustainable fruit production in Germany. The preservation of fruit cultivars has a long-lasting tradition in Germany, which reaches back to the early decades of the 20th century. Since that time, a multitude of cultivars of different fruit crop species are preserved in public and private germplasm collections. However, the loss of individual cultivars can not be excluded using such form of preservation. The German Fruit Genebank has been recently established to minimize the risk of losing fruit genetic resources. The German Fruit Genebank is a decentral network, which is aimed on the coordination of different germplasm collections in Germany. The work will be organized in species specific networks (e.g. apple network, strawberry network etc.). Preservation guidelines for each fruit species will be developed within the species specific networks. The first three networks for straw­berry, cherries, and apple recently have taken up their activities. The establishment of networks for further fruit crops has been scheduled

Fruit and grapevine breeding in time lapse

Die wenigsten Menschen übersehen 100 Jahre. In der Obst- und Rebenzüchtung, bei denen eine Sortenentwicklung 20 bis 30 Jahre erfordert, scheint die Zeit daher stehen zu bleiben. Der Blick im Zeitraffer offenbart ­jedoch einen erheblichen Zuchtfortschritt mit vielen ­neuen Sorten. Auch wenn die heutigen Probleme mit ande­ren Vokabeln beschrieben werden und sich Zuchtziele und deren Begründung im Detail verschieben, es ist vieles gleich geblieben: früher standen Probleme der Bekäm­pfung von Schadorganismen (Sicherung der Ernäh­rung, Mangel an Pflanzschutzmitteln) genauso im Fokus wie heute (Wirkstoffverluste und Nachhaltigkeit), früher war eine Klimaanpassung genauso ein Thema (frühere Reife erwünscht) wie heute, nur haben sich (zumin­dest bei Rebe) die Vorzeichen umgekehrt (spätere Reife erwünscht). Im Zuge des „Green Deal“ mit seiner „Farm to Fork- Strategie“ hat die EU ehrgeizige Ziele und längst überfällige Vorgaben für die Verwirklichung einer „grünen Landwirtschaft“ mit Minimierung der negativen Auswirkungen auf die natürliche Umwelt festgelegt. Das ehrgeizige Ziel, den Einsatz von Pestiziden zu halbieren, erfordert eine Anpassung aller Anbausysteme, insbesondere bei pflanzenschutzintensiven Kulturen wie Obst- und Weinbau. Diese Kulturen stehen zudem in besonderer Weise für eine Kulturlandschaft mit hoher Wirtschaftskraft durch Naherholung und Tourismus. Ehrgeizige Ziele können nur durch die Umsetzung von Innovationen erreicht werden. Angesichts der Transformationsziele in Richtung Nachhaltigkeit reicht eine individuelle unternehmerische Innovation jedoch nicht aus, um die ambitionierten Ziele zu erreichen – ein syste­mischer Innovationsansatz ist erforderlich. In einem von Erfolg verwöhnten System bestehen teils erhebliche Behar­rungstendenzen anstatt proaktiv Innovationen anzu­gehen. Doch der Weg ist vorgezeichnet: Klimawandel zwingt zum Sortenwandel. Daraus ergibt sich eine Chance für neue robuste Sorten.Since not many people outlive 100 years, it appears that time stands still during the 20 to 30 years, which is required to develop a new variety in fruit and grapevine breeding. However, a time-lapse will reveal considerable breeding progress with the development of many new cultivars. Although breeding requirements and objectives of recent times are described in different vocabulary, not much has changed from times past. For example, problems of combating harmful organisms (food security, lack of plant protection products) are just as much a focus today (loss of active ingredients and sustainability) as in the past. In addition, breeding for climatic adaptation in the past (for earlier maturity, for example) is same as today, only (at least for grapevine) the goal is reversed for late maturity traits. In the wake of the ‘Green Deal’ with its ‘Farm to Fork Strategy’, the EU has set ambitious goals and long overdue targets for achieving ‘green agriculture’ with minimization of negative impacts on the natural environment. The ambitious goal of halving the use of pesticides requires adaptation of all farming systems, especially for pesticide-intensive crops such as orchards and vineyards. These crops also represent in a special way a cultural landscape with high economic power through local recreation and tourism. Ambitious goals can only be achieved by implementing innovations. However, given the transformation goals towards sustainability, individual entrepreneurial innovation is not enough to achieve the ambitious goals. Thus, a systemic approach to innovation is required. In a system that has previously experienced huge success, there are sometimes tendencies to not innovate. Nevertheless, the current and future challenge is clear: climate change is forcing breeding for climatic adaptation that will ultimately lead to variety change. This situation presents an opportunity for new robust varieties

Aufbau eines Zuchtprogramms zur Entwicklung widerstandsfähiger Erdbeersorten mit spezieller Eignung für den ökologischen Landbau

Die Krankheitserreger Botrytis cinerea und Xanthomonas fragariae, gegen die derzeit keine wirksamen Mittel zugelassen sind, sind von besonderer Bedeutung für den ökologischen Erdbeeranbau. Eine Bekämpfung dieser Erreger ist nur mit indirekten pflanzenbaulichen Maßnahmen oder durch den Einsatz von Pflanzenstärkungsmitteln möglich. Resistente oder tolerante Sorten mit spezieller Eignung für den ökologischen Anbau wären ein alternativer Ansatz zur Verbesserung der Effizienz im Erdbeeranbau. Das Forschungsprojekt hat das Ziel, ein bereits bestehendes Programm zur Züchtung von Erdbeersorten für den konventionellen Anbau an die Bedürfnisse des ökologischen Landbaus anzupassen. Eines der wichtigsten Ziele in diesem Züchtungsprogramm ist die Verbesserung der Widerstandsfähigkeit neuer Erdbeersorten gegenüber den beiden oben genannten Schaderregern. Dafür sollen in Phase 1 des Projektes Erdbeersorten der Deutschen Genbank Obst sowie Erdbeersorten und Erdbeerwildarten der Obstgenbank des JKI in Dresden-Pillnitz auf ihre Widerstandsfähigkeit gegenüber B. cinerea und X. fragariae getestet werden, wozu mit beiden Erregern Resistenztests im Gewächshaus durchgeführt werden. Für X. fragariae existiert bereits ein etablierter Resistenztest, für B. cinerea muss ein solcher Test erst etabliert werden. Dazu wird zu Beginn des Projektes eine Erregerstammsammlung angelegt. Im Anschluss an die Evaluierung der genetischen Ressourcen werden widerstandsfähige Genotypen ausgewählt, mit denen Testkreuzungen durchgeführt werden, um die Vererbung der Widerstandsfähigkeit zu studieren und den Erfolg eines möglichen Züchtungsprogrammes abzuschätzen. Mit Hilfe der Ergebnisse der Testkreuzungen sollen Genotypen identifiziert werden, die für eine gezielte Resistenzzüchtung geeignet sind