9 research outputs found
Use of Crop Wild Relatives for Genetic Enhancement of Potato Germplasm with Improved Resistance to Late Blight (Phytophthora infestans)
Der Erreger der Kraut- und Knollenfäule (Phytophthora infestans) gefährdet weltweit den Anbau von Kartoffeln und erzwingt den intensiven Einsatz von Fungiziden. Der Erreger ist genetisch sehr anpassungsfähig, so dass er rassenspezifisch wirksame Resistenzgene der Kartoffel schnell überwinden kann. Einen nachhaltigeren Lösungsansatz bietet die verstärkte züchterische Nutzung von Solanum-Wildarten des sekundären Genpools als Genressourcen für quantitative Resistenzen. Die genetische Erweiterung der Kulturkartoffel mit Hilfe exotischer Genressourcen ist ein langwieriger Prozess, der eines kontinuierlichen Engagements bedarf. Die Ergebnisse aus der Prebreeding-Arbeit des Julius Kühn-Instituts (JKI) zeigen, dass es auf diese Weise gelingen kann, ein hohes Maß an quantitativer Phytophthora-Resistenz mit früherer Abreife und akzeptablen Qualitätseigenschaften zusammenzuführen.
Potato is among the most important food crops worldwide. Production of potatoes is threatened by late blight (Phytophthora infestans), a pathogen which constrains intensive chemical plant protection every season. Use of race-specific resistance genes from the primary genepool is no solution since the genetically adaptive pathogen quickly overcomes this type of resistance. A more sustainable approach appears to be using wild Solanum species from the secondary genepool as a genetic resource of quantitative resistance in potato breeding. Genetic enhancement of potato germplasm via introgressive pre-breeding is a time-consuming process which requires continuous commitment. Results obtained from the potato pre-breeding programme at the Julius Kühn-Institut (JKI) demonstrate that it is feasible to combine high degrees of quantitative late-blight resistance with earlier maturation and acceptable quality characters.
 
Developments in breeding for resistance in potato: Challenges of the past, present and future
Die Kartoffel (Solanum tuberosum) ist weltweit eine der wichtigsten Nahrungspflanzen. Sie ist eine Kulturart mit vielfältigen Verwendungsmöglichkeiten und einem hohen Wertschöpfungspotenzial. Allerdings wird die Kulturkartoffel auch von einer Vielzahl an Schaderregern befallen. Die Kraut- und Knollenfäule (Phytophthora infestans) sowie verschiedene Viren verursachen beträchtliche Ertrags-und Qualitätseinbußen. Daher ist die Resistenzzüchtung gegen diese Schaderreger schon seit langem von entscheidender Bedeutung. Sie stehen ebenfalls im Fokus der Züchtungsforschung und Resistenzprüfung am Julius Kühn-Institut. Heute kommen neben klassischen Züchtungsmethoden, zunehmend Techniken der markergestützten Selektion im Zuchtprozess zur Anwendung. Auch Methoden der Genomeditierung können möglicherweise in Zukunft eingesetzt werden um gesunde und ertragsstabile Kartoffelsorten zu entwickeln.Potato (Solanum tuberosum) is one of the most important staple foods worldwide carrying versatile opportunities in utilisation and high added value. Cultivated potato is threatened by various diseases and pests. Late blight caused by Phytophthora infestans and various viruses cause high losses in yield and quality. Since many decades breeding for disease resistance is of high importance. Thus at Julius Kühn-Institute breeding research and resistance testing are focussed on them. Besides classical breeding methods marker assisted selection becomes of increasing importance in the breeding process yet. In future methods of genome editing possibly will be introduced into the breeding process for healthy and high valuable potatoes
Measuring late blight attack of potato foliage in field trials: optimal resource allocation in assessment trials
Ein empirischer Datensatz wurde analysiert, um Empfehlungen zur optimalen Faktorallokation in einem Feldversuchssystem zur Erfassung des Krautfäulebefalls bei Kartoffel zu geben. Der Datensatz stammt von einem Experiment mit 854 Genotypen, drei Jahren, zwei Wiederholungen pro Jahr und 16 bis 18 Boniturterminen pro Jahr. AUDPC (area under disease progress curve) Werte wurden auf der Basis von Prozent Krautbefall berechnet. Zur Etablierung der Krautfäule im Bestand wurde künstliche Inokulation verwendet. Drei Prüfjahre, zwei Wiederholungen pro Jahr, und drei Boniturtermine werden als ausreichend empfohlen. Diese Ergebnisse gehen von der Voraussetzung aus, dass die Qualität der Daten unabhängig ist von der Häufigkeit der Datenerhebung. Diese Voraussetzung wird kritisch diskutiert.An empirical data set was analysed in order to give recommendations on the optimal resource allocation in a field testing system to measure late blight attack in potato. The data set was derived from an experiment comprising 854 genotypes, three years, two replicates per year, and 16 to 18 scoring dates per year. AUDPC (area under disease progress curve) values were calculated based on percentage of attacked haulm. Artificial inoculation was used to establish late blight in the testing field. Three testing years, two replicates per year, and three scoring dates per year are recommended to be sufficient. The results are based on the assumption, that the quality of data is independent of the frequency of data collection. This assumption is critically discussed
Pre-breeding of potato (Solanum tuberosum) to improve resistance against Phytophthora infestans
Die Kraut- und Knollenfäule (Phytophthora infestans Mont. de Bary) verursacht in der Kartoffelproduktion jährlich enorme Ernteverluste. Bislang gibt es dennoch keine zugelassene Sorte, die eine stabile Resistenz mit sich bringt. Am Julius Kühn-Institut konnten in den letzten Jahren neue Zuchtstämme entwickelt werden, die sich bereits in umfangreichen Resistenzuntersuchungen bewährt haben. Damit einhergehend wurden anhand einer genomweiten Assoziationsstudie mit 265 Pre-breeding-Stämmen und zugelassenen Sorten neun Marker für fünf QTL auf den Chromosomen 1, 7, 10 und 11 identifiziert, die mit der Resistenz in Zusammenhang stehen. Diese Ergebnisse können in Zukunft dazu beitragen, die Entwicklung von resistenten Sorten zu vereinfachen.Late blight (Phytophthora infestans Mont. de Bary) causes high yield losses in potato production every year. However, to date there is no approved variety that provides stable resistance. In recent years, pre-breeding clones have been developed at the Julius Kühn Institute that have proven their value in extensive resistance tests. This was accompanied by a genome-wide association study involving 265 pre-breeding clones and approved varieties, respectively, which identified nine markers for five QTL on chromosomes 1, 7, 10, and 11 that are associated with the resistance. These results may help to develop resistant varieties in the future
Genetische Diversität für die Widerstandsfähigkeit gegen Schaderreger bei Kartoffel
Zur Erweiterung der genetischen Diversität der Kulturkartoffel wurde ein umfangreicher Wildkartoffel-Genpool auf bislang züchterisch noch ungenutzte wertvolle Genvarianten für Krankheitsresistenz evaluiert. Verschiedene mögliche Resistenzdonoren wurden hinsichtlich ihrer züchterischen Nutzung analysiert. Durch den Einsatz der somatischen Hybridisierung können auch Wildkartoffelarten, die bisher aufgrund ihrer Kreuzungsbarrieren nur schwer für die Züchtung zugänglich waren, in Züchtungsprogramme integriert werden. Somit kann der Genpool der Kulturkartoffel stetig erweitert und die genetische Diversität für Widerstandsfähigkeit gegen Krankheiten (Virosen, Bakterien) und Schädlinge (Blattläuse, Kartoffelkäfer) nachhaltig verbessert werden. Gegenwärtig sind Zuchtstämme mit geringerer Anfälligkeit für die Kraut- und Braunfäule verfügbar. Stichwörter: Pflanzengenetische Ressourcen, Wildkartoffelarten, Protoplastenfusion, Kartoffelvirus Y, Kraut- und Braunfäule, KartoffelzuchtprogrammImprovements in the genetic diversity of potato associated with resistance to diseases and pestsAbstractIn order to increase the genetic diversity of common potato, Solanum tuberosum, wild diploid tuber-bearing Mexican potato species were screened for genetic variants that could be used in breeding programmes to improve the resistance of potato to diseases and pests. Genebank accessions of Solanum cardiophyllum, S. pinnatisectum and S. tarnii are extremely resistant to potato virus Y, late blight and Colorado potato beetle, and those of S. bulbocastanum and S. demissum to late blight and nematodes. Somatic hybridization by protoplast fusion or inter-specific crosses can be used to combine the genomes of these wild species with that of cultivated potato. Methods, like in situ hybridization techniques (GISH), flow cytometry, molecular markers and phytopathological analysis are used to select plant material with these important characters.Recently, breeding lines with improved resistance to pathogens and pests and acceptable agronomic traits have been developed and are being integrated into pre-breeding material in potato breeding programmes. This plant material is also of interest for fundamental research on the genetics of resistance in plants to pests and diseases.Keywords: Plant genetic resources, wild potato species, protoplast fusion, Potato virus Y, late blight, potato breeding programm
Empirical comparison of different methods for correcting late blight (Phytophthora infestans (Mont.) de Bary) data for maturity in selection experiments of potato (Solanum tuberosum subsp. tuberosum)
Ein Vergleich verschiedener Maßzahlen zur Ermittlung der Resistenz gegenüber Krautfäule bei Kartoffel wurde mit Hilfe des multivariaten Verfahrens der Clusteranalyse durchgeführt. Bei der Darstellung einer Gruppe von Maßzahlen kam das BLUP-Verfahren (Best Linear Unbiased Prediction) zur Anwendung. Die Maßzahl rAUDPC_3, die vom Abreifeverhalten des jeweiligen Genotyps abhängt, wird zur Erfassung der reifekorrigierten Resistenz favorisiert, da sie bei ansonsten ähnlichem Verhalten mit den wenigsten theoretischen Annahmen im Vergleich zu den anderen Maßzahlen auskommt.A comparison of different measures to calculate resistance against late blight in potato was accomplished by means of the multivariate statistical tool of cluster analysis. One group of measures was based on the BLUP technique (Best Linear Unbiased Prediction). The measure rAUDPC_3, which takes into consideration the maturity group of the respective genotype, is recommended to capture maturity-corrected resistance, because of less theoretical assumptions with otherwise similar behaviour as compared to the rest of the measures
Entwicklung von Phytophthora-resistentem Zuchtmaterial für den ökologischen Landbau
Die Ansprüche des ökologischen Landbaus an Kartoffelsorten unterscheiden sich zum Teil erheblich von denen des konventionellen Anbaus. Dies ist bedingt durch den alternativen Pflanzenschutz mit mechanischer Unkrautbekämpfung sowie durch eine in der Regel geringere Stickstoffversorgung der Pflanzen. Darum benötigt der ökologische Landbau spezielle Sorten, die neben den vom Verbraucher gewünschten Qualitätsmerkmalen auch eine hohe Widerstandsfähigkeit gegenüber Krankheiten und Schädlingen besitzen, durch schnelle Jugendentwicklung das Unkrautwachstum unterdrücken und eine hohe Nährstoffeffizienz aufweisen.
Um neue Zuchtstämme zu schaffen, in denen die im Biolandbau gewünschten Eigenschaften kombiniert vorliegen, etablierte das seit 2012 im „Bundesprogramm Ökologischer Landbau und andere Formen nachhaltiger Landwirtschaft“ geförderte Projekt „Entwicklung von Phytophthora-resistentem Zuchtmaterial für den ökologischen Landbau“ ein Zuchtprogramm speziell für den ökologischen Kartoffelanbau.
Für die Züchtung auf geringe Anfälligkeit gegenüber der Kraut- und Knollenfäule, die durch den Oomyceten Phytophthora infestans hervorgerufen wird, wurde auf resistente Kartoffelklone aus der Vorzüchtung des Julius-Kühn Institutes zurückgegriffen. Die untersuchten Zuchtstämme und Vergleichssorten wurden parallel in einem Beobachtungsanbau hinsichtlich weiterer agronomischer und qualitativer Eigenschaften wie Ertragsleistung, Wuchsform, Stärkegehalt, Speise- und Veredelungseignung und Abreifeverhalten untersucht.
Weitere Resistenzen sowie gewünschte Qualitätsmerkmale wurden aus modernen Hochleistungssorten deutscher Züchtungsunternehmen und historischen Sorten der IPK Genbank während des Projektverlaufs ins Zuchtmaterial eingebracht. Neben der Evaluierung der Prüfglieder hinsichtlich der Resistenzeigenschaften wurden zur Erweiterung des Basiszuchtmaterials zahlreiche Kreuzungen durchgeführt. Hierbei wurden die Kreuzungseltern gezielt aus den im Projekt geprüften Sorten und Zuchtstämmen ausgewählt.
Für die Bewertung und die Selektion der Klone wurde ein partizipativer Züchtungsansatz gewählt und dafür drei ökologisch wirtschaftende, landwirtschaftliche Betriebe ins Projekt eingebunden. Die Betriebsleiter wurden intensiv geschult und führten die Bewertung der Klone und die Selektion der Knollen in enger Zusammenarbeit mit den wissenschaftlichen Mitarbeitern der Institute durch. Ein solches Modell ist bislang in der der deutschen Kartoffelzüchtung einzigartig.
Wissenschaftlich begleitet wurden die Züchtungsarbeiten durch eine phänotypische und genotypische Charakterisierung des Ausgangsmaterials und der Zuchtklone. Ziel hierbei war es, Grundlagen für eine molekulare Selektion KF-resistenter Nachkommen zu schaffen. Hierzu wurden an einem Prüfgliedsortiment Assoziationsstudien mit DArT- und SNP-Markern durchgeführt und ausgewertet.
Im Projekt wurden am IPK erstmalig zwei Sortimente umfassend genetisch mittels zwei verschiedener Markersysteme zu charakterisiert. Mit den erzielten Ergebnisse konnten Duplikatgruppen innerhalb der Genbankakzessionen aufgedeckt sowie Unstimmigkeiten erkannt und bereinigt werden. Damit wurde das Genbankmanagement verbessert und nutzerorientiert gestaltet. Somit hat das Projekt eine nachhaltigere und intensivere Nutzung pflanzengenetischer Ressourcen ermöglicht. Dadurch ist es Züchtern wie auch Forschungsinstitutionen zukünftig möglich, zielgerichteter auf genetische Ressourcen der Kartoffel zuzugreifen und diese in die eigenen Zuchtprogramme und Forschungsprojekte einzubringen
Speisekartoffelsorten mit Phytophthora-Resistenz aus partizipativer Züchtung in Deutschland
Seit 2012 werden auf ökologisch geführten Betrieben Kartoffelsorten mit Stresstoleranz und Resistenz gegen Kraut- und Knollenfäule selektiert. Hier stellt das Konsortium die ersten Sortenkandidaten vor, unterstreicht jedoch die Notwendigkeit eine nachhaltigen Nutzung der genetischen Resistenz