Genetic Recombination as a Chemical Reaction Network

The process of genetic recombination can be seen as a chemical reaction network with mass-action kinetics. We review the known results on existence, uniqueness, and global stability of an equilibrium in every compatibility class and for all rate constants, from both the population genetics and the reaction networks point of view

Ergebnisse einer Studie zur Formulierung eines arteigenen Profils von Einkorn

29 Kultureinkornsorten (Triticum monococcum L.) wurden unter Anbaubedingungen des ökologischen Landbaus auf sandigen Böden in Norddeutschland mit Weizen, Emmer und Dinkel verglichen. Einkorn zeichnete sich durch intensiv hellgrünes, festes Stroh und seine filigrane Gestalt aus. Bei der Aussaat im Frühherbst war die Anzahl der Bestockungstriebe bis zu zweimal so hoch wie bei Weizen, die Wuchshöhe der lag dagegen in den frühen Stadien niedriger und das Ährenschieben erfolgte 1 bis 12 Tage später. Die besten Einkornproben erzielten einen Ertrag von 60-70 % der Ernteerträge von Dinkel. Der Beta-Carotin-Gehalt war mit 1-2 % der Trockenmasse zwei bis drei mal so hoch wie bei Hartweizen üblich. Der Proteingehalt sowie die Gehalte an den essentiellen Aminosäuren Phenylalanin, Tyrosin, Methionin und Isoleucin lagen bei Einkorn höher als bei den anderen Proben

Einkorn mit optimierten Qualitätsmerkmalen für Back- und Teigwaren aus ökologischem Anbau

An den ökologisch bewirtschafteten Standorten Darzau/Ostniedersachsen, Reinshof/Göttingen, Kleinhohenheim/Stuttgart und Rimpertsweiler/Bodensee wurden 60 Muster von Einkorn auf Ertrag, Winterhärte, Bodenbedeckung, Wuchshöhe, Standfestigkeit, und Reifezeit geprüft. Die Ernteproben der Standorte wurden in der Getreidezüchtungsforschung Darzau auf Spelzengehalt, Kornmasse, Soft Wheat Gluten Index, SDS-Sedimentation, Stirring Number, Gelbpigmentgehalt, Teigwareneignung und Backfähigkeit untersucht. Für eine frühe ausgeprägte Bodenbedeckung waren Winterhärte und Frohwüchsigkeit gleichermaßen bedeutend. Mit den frühreifen Mustern konnten höhere Kornmassen erreicht werden. Von den Parametern zur Schätzung der Verarbeitungsqualität erwies sich der Soft Wheat Gluten Index (SWGI) als am besten geeignet. Er zeigte die ausgeprägteste Korrelation zu Wasseraufnahme und Backvolumen. Die Erwartungen an die Eignung des SDS-Sedimentationswertes erfüllten sich nicht. Der für Einkorn bedeutsame Gelbpigmentgehalt variierte von 0,75 bis 1,67 mg/100g i.Tr., jedoch konnte vom Gelbpigmentgehalt nicht auf die Intensität der Gelbfärbung der Brotkrume geschlossen werden. Die im Handel erhältlichen Sorten Albini, Tifi und Terzino wiesen zwar den besten Stand nach Winter auf, aber die höchsten Erträge konnten mit den Proben GÖ-029, Svenska und Knaufs erzielt werden. Bei den Backparametern lagen demgegenüber BGRC-43469, IPK-2399 und Bulgarisches in der Spitzengruppe. IPK-2399 fand sich auch im Teigwarentest unter den geeignetsten. Von den derzeit vereinzelt im Feldanbau befindlichen Herkünften zeigte Knaufs die größte Kornmasse, Brunners und Gahleitners die höchsten Gelbpigmentgehalte. Ein Einkornmuster, das ausreichend viele Eigenschaften in sich vereinigte, um es für den Anbau zusätzlich verfügbar zu haben, war nicht eindeutig auszumachen. Für weitere Optimierungen sollten angesichts der breiten Variation mit den herausragenden Mustern züchterische Maßnahmen ergriffen werden

Screening of winter barley varieties (Hordeum vulgare) for resistance against loose smut (Ustilago nuda) and covered smut (Ustilago hordei) in Germany

Up to now organic farmers depend greatly on conventionally bred and produced varieties of barley. A turning point was set in 2004 by EU regulation No. 1452/2003 restricting the use of conventionally propagated seed and planting material for organic agriculture. Concerning smut fungi in barley, conventional seed producer's attention was rarely directed to plant resistance due to the possibility of chemical seed treatment (controlling the diseases completely). A main problem for organic seed producers is that organically produced seeds have to fulfil the same regular phytosanitary requirements like conventionally produced seeds. For the production of certified seeds not more than five ears infected with Ustilago hordei (Uh) and/or U. nuda (Un) are allowed on an area of 150 m² in Germany (RUTZ 1998). Though warm or hot water treatment can give excellent control of Un and Uh in organic farming (WINTER et al. 1996), the effect is not sufficient for seed production. Even biological control agents (for example Tillecur®) cannot reach the demands of the guidelines reliably. As an effective way to keep the restrictions remains the cultivation of resistant varieties. Aim of the presented study was to screen winter barley varieties for their degree of smut resistance in Germany. It started in 2000 (KLAUSE & SPIESS 2003) and is sponsored within the Federal Organic Farming Scheme since 2002

Beurteilung von Zuchtmethoden bei Getreide unter Gesichtspunkten des ökologischen Landbaus [Evaluating cereal breeding methods from an organic farming perspective]

Einige Methoden, die im Zusammenhang mit der Getreidezüchtung heute Anwendung finden und bei denen Diskussionsbedarf im Hinblick auf ihre Anwendung in der ökologischen Pflanzenzüchtung besteht, werden beschrieben und diskutiert. Es sind dies die Herstellung von Di-Haploiden in Verbindung mit markergestützter Selektion und die Züchtung von Hybriden auf der Basis cytoplasmatischer Pollensterilität. Die Frage nach für den ökologischen Landbau geeigneten Zuchtmethoden wird diskutiert

Streifenkrankheit an Sommergersten unter natürlichen Befallsbedingungen

Sixty spring barley varieties were tested at two locations for susceptibility to barley leaf stripe after natural infection at two locations with one infected spreader line (LINZ 358150). The genetic resources VADA, BETZES and RICARDO and cultivars BAC-CARA and PEGGY remained below 0.1% infection. Another eleven varieties stayed below a poor susceptibility of 1% infection, but 13 varieties showed more than 5% infected plants. Analysis of variance brought no difference for the locations to test the infestation, but a strong influence of the location, where the infection during flowering took place. It gives reason not to multiply susceptible varieties under organic farming at barley leaf stripe threatened locations. Breeding of spring barley should be done under infection to develop resistant varieties which can be multiplied for all genera-tions between maintaining and certified seed without any seed treatment

Die Streifenkrankheit der Gerste

Der Beitrag befasst sich mit der saatgutübergreifenden Streifenkrankheit, welche insbesondere bei der Zucht ohne Saatgutbehandlung zur Gefahr werden kann. Forschungsergebnisse zu Sorten- und Pflanzanfälligkeit werden aufgezeigt und die Strategie "Anpassung statt Resistenz" als mögliche Herangehensweise erläutert

Strategic use of virulence pattern to develop genetic markers for resistance to common bunt (Tilletia caries) in wheat

When assesssing races of common bunt for virulens pattern within a region, it is important to take into account that collected spores may represent a diverse population of different virulence races. When screening spores on a differential set of wheat lines with known resistance genes, a low infection rate on a resistant wheat variety does not necessarily demonstrate that virulence is absent in the spore collection, but could be a sign that virulence is present, but only present in a low frequency among the spores. If just a few spores within a spore sample are indeed virulent, they may infect some plants and from there multiply the virulence quite rapidly next years. Previous studies have shown that virulence against most resistance genes were present in Denmark after purifying races of common bunt (Tilletia caries) on resistant varieties. So far, only wheat differential varieties with Bt4, Bt6, Bt9, Bt11 and Bt12 cannot be infected with bunt races purified from Danish collections [1, and later own unpublished data]. Virulence against Bt4, Bt6 and Bt9 has been found in other European studies [2], and Bt11 may not be only one gene but a combination of at least two genes [3]. Therefore, Bt12 seems to be the only gene for which virulence have not been found in European population of common bunt. This leads to the conclusion that if resistance breeding shall safely control common bunt in wheat, we need not only one effective gene, but a combination of pyramided genes. Since it is very difficult to test if a resistant line has only one gene or more genes, the most effective tool to achieve this at present are genetic markers. Using Genome Wide Association Studies (GWAS) to find QTLs and markers for the major resistance genes in wheat have so far led to only few commercial useful markers. Till now, only markers for Bt9 [6] and Bt10 are used in practice, but a marker for Bt12 [4] and Blizzard [7] have also been found. One of the problems in developing markers for bunt resistance have been that spores used in GWAS trials have been divers or unknown in virulence, and that phenotypic results not distinguishes between different resistance genes. Therefore, the most successful studies have used segregating populations of single crosses where the resistance gene is known on before hand [5]. In the LIVESEED project, we have the ambition to develop genetic markers on several different resistance genes at the same time. We will do so by testing segregating populations of several different crosses between varieties with 7 different resistance genes, and infect them with 7-11 different virulence races of common bunt able to distinguish between the resistance genes. A total of 300 varieties will be pheno- and genotyped. Using this experimental design, we attempt during 2018 and ‘19 to develop markers for Bt1, Bt2, Bt5, Bt7, Bt13, BtZ and Quebon-resistance, and hopefully also a couple of minor QTLs

Die Anfälligkeit gegenüber der Streifenkrankheit (Pyrenophora graminea) im deutschen Sommergerstensortiment unter natürlichen Befallsbedingungen im ökologischen Landbau

Aus der Beschreibenden Sortenliste 2003 wurden 45 Sommergersten neben fünf Mustern mit ausgewiesenen Resistenzen und jeweils fünf Sorten aus Dänemark und Österreich über zwei Testzyklen zwischen Parzellen mit infiziertem Saatgut einem natürlichen Befall mit der Streifenkrankheit ausgesetzt. Die Sorten Peggy und Baccara zeigten mit unter 0,1% Befall neben den Resistenzträgern Vada, Betzes, Ricardo und Trysil die ausgeprägteste Widerstandsfähigkeit. Weitere zehn Sorten blieben im Durchschnitt unter 1% Befall. Mit über 5% Befall erreichten 13 Sorten ein ertragsgefährdendes Anfälligkeitsniveau. Bei der Sorte Prestige wurde ein Befallsgrad bis zu 38% festgestellt. Die Standortbedingungen, unter denen die Infektion in die Blüte stattfand, hatten neben der sortenspezifischen Anfälligkeitsneigung den größten Einfluss auf den Befallsgrad in der Folgegeneration. Aufgrund des Ergebnisses sind für die Saatguterzeugung an ökologisch bewirtschafteten Standorten, insbesondere wenn sie hinsichtlich einer Ausbreitung der Krankheit gefährdet sind oder wenn über mehrere Generationen ökologisch vermehrt werden soll, widerstandsfähige Sorten zu verwenden. Für eine Prüfung der Eignung der Feldversuchsanlage zur natürlichen Infektion wurden am Standort Darzau in zwei Testzyklen zwischen den Infektionsstreifen mit der von Streifenkrankheit befallenen Gerste LINZ 358150 mehrfach Kleinparzellen, unterteilt in 12 Drillreihen nebeneinander, mit Saatgut einer anfälligen Sorte regelmäßig im Sortenversuch eingefügt. Aus den von Hand geernteten Ährenbüscheln jeder Drillreihe dieser Testparzellen wurde im jeweils zweiten Jahr eines Testzyklus in Kleinparzellen von 2m² die Unterschiede pro Vorjahresdrillreihe hinsichtlich der Blüteninfektion untersucht. Für eine zufriedenstellende Beurteilung der Anfälligkeit war eine Mischprobe aus mindestens sechs nebeneinander liegenden Drillreihen wie im Sortenversuch erforderlich. Ausgehend von befallsfreiem Saatgut waren zwei aufeinanderfolgende Testzyklen erforderlich, um eine sehr hohe Anfälligkeit unter natürlichen Befallsbedingungen eindeutig erkennen zu können