Post on 06-Sep-2019
transcript
Einsatz von genetischen Ressourcen in der modernen Maiszüchtung
Dr. Walter Schmidt und Dr. Henriette Burger
KWS SAAT AG, D-37555 Einbeck
Fachtagung der SKEK am 12. November 2009 in Zollikofen
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Einsatz von genetischen Ressourcen in der modernen Maiszüchtung
� Erfolgsfaktoren für ein erfolgreiches Hybridmais-Züchtungsprogramm:
� Optimales Heterosis-Pattern
� Effiziente Reziproke Rekurrente Selektion
� Schnelle und effiziente Inzuchtlinienentwicklung
� Flächendeckendes Prüfnetz für die Hybridentwicklung
� Große züchterisch nutzbare Varianz sowohl im Saatelter- wie auch im Pollenspender-Genpool. Diese wird sichergestellt durch:
� Hohe effektive Populationsgröße im Zuchtprogramm (~ 90 %)
� Durch Integration von neuem Zuchtmaterial (~ 10 %)
• Einkreuzung von Elitezuchtmaterial aus anderen KWS Zuchtprogrammen ( ~ 9 %)
• Einsatz von Genetischen Ressourcen (~ 1 %)
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Einsatz von genetischen Ressourcen in der modernen Maiszüchtung
� Erfolgsfaktoren für ein erfolgreiches Hybridmais-Züchtungsprogramm:
� Optimales Heterosis-Pattern
� Effiziente Reziproke Rekurrente Selektion
� Schnelle und effiziente Inzuchtlinienentwicklung
� Flächendeckendes Prüfnetz für die Hybridentwicklung
� Große züchterisch nutzbare Varianz sowohl im Saatelter- wie auch im Pollenspender-Genpool. Diese wird sichergestellt durch:
� Hohe effektive Populationsgröße im Zuchtprogramm (~ 90 %)
� Durch Integration von neuem genetischen Material (~ 10 %)
• Einkreuzung von Elitezuchtmaterial aus anderen KWS Zuchtprogrammen ( ~ 9 %)
• Einsatz von Genetischen Ressourcen (~ 1 %)
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Stichwort 'Genetische Diversität'
Körner von 20 peruanischen Landsorten
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Stichwort 'Genetische Diversität'
In Hybridmais-Zuchtprogrammen wird unterschieden:
� 1. Genetische Diversität zwischen dem Saatelter- und dem Pollen-spender-Pool. Diese garantiert eine große zusätzliche Heterosis.
� 2. Genetische Diversität innerhalb des Saatelter- und innerhalb des Pollenspender-Pools. Diese sichert den langfristigen Selektionsgewinn.
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Optimales Heterosis-Pattern
� Zusätzliche Heterosis bei Mais (nach Hallauer und Miranda, 1981):
� Untersuchte Ausgangspo-pulationen:611
� Aus diesen erzeugtePopulationskreuzungen:1394
� Mittlerer Heterosiszuwachs: 19.5%
� Regel: Je größer die genetische Divergenz zwischen den Popul-ationen, umso ausgeprägter ist die zusätzliche Heterosis
� Ausnahmen bei extremer Nicht-Adaption eines oder beider Kreu-zungspartner
Kolben aus 8 peruanischen Maispopulationen
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Unterschiedliche optimale Heterosis-Pattern in den verschiedenen KWS Züchtungsprojekten
KWL
REI
ALE
DeutschlandEIN
GON
Nordwest-Europa
Nord-Frankreich
Süd-Frankreich
REN CHA
ALZ
LEO MUR
Italien
MCESüdost-Europa
Dent x Flint Heterosis - Pattern
Dent x Dent Heterosis – Pattern aus den USA
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Typische Kolben einer deutschen Dent x Flint- und einer italienischen Dent x Dent - Hybride
Dent x Flint - Hybride Dent x Dent - Hybride
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Optimales Heterosis-Pattern in Deutschland
� Zusätzliche Heterosis bei Mais
� Erfahrungswert in Deutschland:
25 % Leistungszuwachs in Kreuzungen zwischen europäischem Flint- und nordamerikanischem Dent-Zuchtmaterial
Links: Europäischer Flintmais (Gelber Badischer Landmais)
Rechts: Amerikanischer Dentmais
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Optimales Heterosis-Pattern
Abb. aus Charcosset 2009
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Das KWS Heterosis-Pattern in den Zuchtprogrammen nördlich der Alpen und der Loire
� Der europäische Flintpool ist ein einzigartiges Genmaterial, das nur in Europa nördlich der Alpen und der Loire züchterisch weiterentwickelt wurde.
� In den USA und im südlichen Europa wurden und werden nur Dentpools züchterisch bearbeitet.
� Das bedeutet:
Will man die genetische Breite des aktuellen Flintpools weiten (und dabei aber eine Dent-Flint-Mischpool-Bildung vermei-den), muss man auf die Genetischen Ressourcen derder europäischen Landrassen zurückgreifen
Gelber Bad. Landmais
Rheintaler Ribelmais
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Risiken und Chancen beim Einsatz von Genetischen Ressourcen
� Risiken:
� Dramatischer Leistungsabfall im Merkmal Kornertrag, dem wichtigsten Merkmal in der Körnermaiszüchtung
� Höhere Anfälligkeit für Sommerlager und Stängelfäule
� Enormer Qualitätsverlust in der Silomaiszüchtung durch geringere Stärkegehalte in der Silage
� Höhere Anfälligkeit für Krankheiten, die es früher noch nicht gab (Helminthosporium, Kapatiella, Kolbenfusarien)
� Chancen:
� Hohe Biomasseleistung
� Bessere Restpflanzenverdaulichkeit
� Nährstoffaneignungsvermögen
� Eignung für Mischkultur mit Leguminosen
� Fähigkeit zur Mykorrhizierung
� Neue Resistenzmechanismen
� Nutzung von „Filetstückchen“ (=QTLs) aus dem Genom von Landsorten
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Ertrag-Reife-Diagramm der Testkreuzungen von 80 DH-Linien aus Landsorten im Vergleich zu neuen Hybriden
98 9497
93 9599
92
90
89
88
87
86
85
84
83
82
432
30
29
28
27
2625
24
2322
20
19
1817
16
1514
13
1210
9
8
7
6
580
79
78
77
76
7574
7372
706968
67
66
65
64
63
6260
59
58
57
56
5554
53
52
50
49
48
4746
4544 4342
40
39
38
37 3635 34
33
TIBERIO
TIBERIO
TOURANTOURAN
RONALDINIO
RONALDINIOAMADEO
AMADEO
AMOROSOAMOROSO
54
64
74
84
94
104
64 66 68 70 72
Korn-TS (%)
Korn
ert
rag (
dt/
ha)
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Risiken und Chancen beim Einsatz von Genetischen Ressourcen
� Risiken:
� Dramatischer Leistungsabfall im Merkmal Kornertrag, dem wichtigsten Merkmal in der Körnermaiszüchtung
� Höhere Anfälligkeit für Sommerlager und Stängelfäule
� Enormer Qualitätsverlust in der Silomaiszüchtung durch geringere Stärkegehalte in der Silage
� Höhere Anfälligkeit für Krankheiten, die es früher noch nicht gab (Helminthosporium, Kapatiella, Kolbenfusarien)
� Chancen:
� Hohe Biomasseleistung
� Bessere Restpflanzenverdaulichkeit
� Nährstoffaneignungsvermögen
� Eignung für Mischkultur mit Leguminosen
� Fähigkeit zur Mykorrhizierung
� Neue Resistenzmechanismen
� Nutzung von „Filetstückchen“ (=QTLs) aus dem Genom von Landsorten
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Risiken und Chancen beim Einsatz von Genetischen Ressourcen: Sommerlager
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Risiken und Chancen beim Einsatz von Genetischen Ressourcen
� Risiken:
� Dramatischer Leistungsabfall im Merkmal Kornertrag, dem wichtigsten Merkmal in der Körnermaiszüchtung
� Höhere Anfälligkeit für Sommerlager und Stängelfäule
� Enormer Qualitätsverlust in der Silomaiszüchtung durch geringere Stärkegehalte in der Silage
� Höhere Anfälligkeit für Krankheiten, die es früher noch nicht gab (Helminthosporium, Kapatiella, Kolbenfusarien)
� Chancen:
� Hohe Biomasseleistung
� Bessere Restpflanzenverdaulichkeit
� Nährstoffaneignungsvermögen
� Eignung für Mischkultur mit Leguminosen
� Fähigkeit zur Mykorrhizierung
� Neue Resistenzmechanismen
� Nutzung von „Filetstückchen“ (=QTLs) aus dem Genom von Landsorten
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Helminthosporium-Toleranz und -Anfälligkeit
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Risiken und Chancen beim Einsatz von Genetischen Ressourcen
� Risiken:
� Dramatischer Leistungsabfall im Merkmal Kornertrag, dem wichtigsten Merkmal in der Körnermaiszüchtung
� Höhere Anfälligkeit für Sommerlager und Stängelfäule
� Enormer Qualitätsverlust in der Silomaiszüchtung durch geringere Stärkegehalte in der Silage
� Höhere Anfälligkeit für Krankheiten, die es früher noch nicht gab (Helminthosporium, Kapatiella, Kolbenfusarien)
� Chancen:
� Hohe Biomasseleistung
� Bessere Restpflanzenverdaulichkeit
� Nährstoffaneignungsvermögen
� Eignung für Mischkultur mit Leguminosen
� Fähigkeit zur Mykorrhizierung
� Neue Resistenzmechanismen
� Nutzung von „Filetstückchen“ (=QTLs) aus dem Genom von Landsorten
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Risiken und Chancen beim Einsatz von Genetischen Ressourcen: Hohe Biomasseleistung
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Risiken und Chancen beim Einsatz von Genetischen Ressourcen: Hohe Biomasseleistung
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Wer hat den längsten Mais der Schweiz?
5,37 m 5,30 m
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Testkreuzungsleistung von 90 neusten Elitelinien im Vergleich zur Testkreuzungsleistung der Population Rheintaler (+8 Checks)
Energiemais-Leistungsprüfung 2008, Mittel über 3 Orte
1
2
3
4
5
6
7 8
9
10
11
12
13
141516
17
18
19
20
2122
23
24
25
2627
28
29
30
31
32
33
34
3536
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
4849
50
51
52
53 5455
56
57
58
59
60
61
62
63
64
65
66
67
6869
7071
72
73
74
7576
77
78
79
80
81
82
83
84
85
86
87
88
89 90
91
92
9394
95
96
97
98
99
100
200
220
240
260
280
31 33 35 37 39 41
Gesamtpflanzen-TS (%)
Gesam
tpfl
an
zen
-TM
(d
t/h
a)
Rheintaler x DT
Rheintaler x DT
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Testkreuzungsleistung von 90 neusten Elitelinien im Vergleich zur Testkreuzungsleistung der Population Rheintaler (+8 Checks)
Körnermais-Leistungsprüfung 2008, Mittel über 3 Orte
1
2
3
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6
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8
9
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11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
222324
25
2627
28
29
30
31
3233
34
35
3637
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48 4950
51
52
53
54
55 5657
58
59
60
6162
63
64
65
66
67
68
69
70
71
72
73
74
75
76
77
78
79
80
81
82
83
8485
86
87
88
89
90
91
92
93
94
95
96
9798
99100
102
112
122
132
142
152
67 69 71 73 75
Korn-TS (%)
Ko
rne
rtra
g (
dt/
ha
)
Rheintaler x DT
Rheintaler x DT
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Veränderung des Harvest Index bei Weizen
Fotos: E. Ebmeyer, KWS Lochow
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Veränderung des Harvest-Index beim Mais
Gelber Badischer
Landmais (1953)
Körnermaissorte
Mutin (1980)
Silomaissorte
Ronaldinio (2006)
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Risiken und Chancen beim Einsatz von Genetischen Ressourcen
� Risiken:
� Dramatischer Leistungsabfall im Merkmal Kornertrag, dem wichtigsten Merkmal in der Körnermaiszüchtung
� Höhere Anfälligkeit für Sommerlager und Stängelfäule
� Enormer Qualitätsverlust in der Silomaiszüchtung durch geringere Stärkegehalte in der Silage
� Höhere Anfälligkeit für Krankheiten, die es früher noch nicht gab (Helminthosporium, Kapatiella, Kolbenfusarien)
� Chancen:
� Hohe Biomasseleistung
� Bessere Restpflanzenverdaulichkeit
� Nährstoffaneignungsvermögen
� Eignung für Mischkultur mit Leguminosen
� Fähigkeit zur Mykorrhizierung
� Neue Resistenzmechanismen
� Nutzung von „Filetstückchen“ (=QTLs) aus dem Genom von Landsorten
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Risiken und Chancen beim Einsatz von Genetischen Ressourcen: Eignung für Mischkultur mit Leguminosen
Foto: Eva Körbitz, Salez
Der Rheintaler Ribelmais und die Schwefelbohne haben sich über eine lange Koevolution aneinander angepasst.
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Risiken und Chancen beim Einsatz von Genetischen Ressourcen: Fähigkeit zur Mykorrhizierung
Prüfung von Testkreuzungen mit Landrassenzuchtmaterial mit und ohne Mykorrhiza-Applikation in Grucking, 2009
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Risiken und Chancen beim Einsatz von Genetischen Ressourcen
� Risiken:
� Dramatischer Leistungsabfall im Merkmal Kornertrag, dem wichtigsten Merkmal in der Körnermaiszüchtung
� Höhere Anfälligkeit für Sommerlager und Stängelfäule
� Enormer Qualitätsverlust in der Silomaiszüchtung durch geringere Stärkegehalte in der Silage
� Höhere Anfälligkeit für Krankheiten, die es früher noch nicht gab (Helminthosporium, Kapatiella, Kolbenfusarien)
� Chancen:
� Hohe Biomasseleistung
� Bessere Restpflanzenverdaulichkeit
� Nährstoffaneignungsvermögen
� Eignung für Mischkultur mit Leguminosen
� Fähigkeit zur Mykorrhizierung
� Neue Resistenzmechanismen
� Nutzung von „Filetstückchen“ (=QTLs) aus dem Genom von Landsorten
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Risiken und Chancen beim Einsatz von Genetischen Ressourcen: Neue Resistenzmechanismen
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Risiken und Chancen beim Einsatz von Genetischen Ressourcen
� Risiken:
� Dramatischer Leistungsabfall im Merkmal Kornertrag, dem wichtigsten Merkmal in der Körnermaiszüchtung
� Höhere Anfälligkeit für Sommerlager und Stängelfäule
� Enormer Qualitätsverlust in der Silomaiszüchtung durch geringere Stärkegehalte in der Silage
� Höhere Anfälligkeit für Krankheiten, die es früher noch nicht gab (Helminthosporium, Kapatiella, Kolbenfusarien)
� Chancen:
� Hohe Biomasseleistung
� Bessere Restpflanzenverdaulichkeit
� Nährstoffaneignungsvermögen
� Eignung für Mischkultur mit Leguminosen
� Fähigkeit zur Mykorrhizierung
� Neue Resistenzmechanismen
� Nutzung von „Filetstückchen“ (= QTLs) aus dem Genom von Landsorten
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Wissenschaftliche Arbeiten der KWS zum Thema 'Genetische Ressourcen', hier: Beteiligung am Programm 'Population Source'
� Beteiligung am Programm 'Population Source' vom INRA/Frankreich, in dem in den 80er Jahren über 1 000 Populationen (Landsorten und Synthetics) evaluiert wurden
� Weitere züchterische Bearbeitung der vielversprechendsten 200 Popu-lationen aus dieser Kollektion im Rahmen des frühen KWS Zuchtpro-grammes
� Test von 90 Populationen daraus auf Kombinationsfähigkeit zu einem Denttester unter Low- und High-Inputbedingungen
� Aus den 4 besten Landsorten wurden 1 600 Inzuchtlinien entwickelt.
� Nach mehrstufiger Selektion unter Low- und High-Inputbedingungen wurden die 30 besten S4- Linien in den KWS Flintpool integriert
� Diese unmittelbare Nutzung von Linien aus Landsorten ist heute in der Körnermaiszüchtung nicht mehr sinnvoll, da solche Linien gegenüber aktuellen Körnermaislinien zu wenig leisten
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Wissenschaftliche Arbeiten der KWS SAAT AG zum Thema 'Genetische Ressourcen', hier: QTL-Entwicklung
� QTL-Analyse
� Entwicklung von Linien aus Landrassen mittels DH-Technik (Wilde et al. 2009)
� Gelber Badischer Landmais
� Schindelmeiser
� Rheintaler
� Kreuzung dieser Linien mit Elitelinien
� Herstellung von Kalibrationspopulationen
� Populationen von DH-Linien (je Population 300 – 700)
� Schätzung der QTLs
� Übertragung der positiven QTLs aus den Landrassen in das Elitematerial
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Anwendung der DH-Technik
DH–Linien aus der Landsorte Schindelmeiser
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In situ–Erhaltung von Genetischen Ressourcen
In situ – Erhaltung der Landsorte Rheintaler Ribelmais in Salez/CH
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In situ–Erhaltung von Genetischen Ressourcen
H. Oppliger und E. Körbitz bearbeiten den Rheintaler Ribelmais
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In situ–Erhaltung von Genetischen Ressourcen
Rheintaler aus in situ -Vermehrung
Extrem stark ingezüchteter Rheintaler aus der Genbank
In situ – Vermehrung sichert den Erhalt der genetische Breite und passt die Sor-ten an sich verändernde Umweltbedingungen an. Zu den sich sehr schnell verän-dernden Umweltbedingungen zählen vor allem der Krankheits- und Schädlings-druck.
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Literatur
� Hallauer AR, and Miranda JB (1981): Quantitative Genetics in MaizeBreeding. Jowa State University Press, Ames.
� Presterl T, Seitz G, Landbeck M, Thiemt EM, Schmidt W, and Geiger HH(2003): Improving nitrogen-use efficiency in European maize -Estimation of quantitative genetic parameters. Crop Science 43:1259-1265.
� Schmidt W (2003): Hybridmaiszüchtung bei der KWS SAAT AG. In:
Bericht über die 54. Tagung 2003 der Vereinigung der Pflanzenzüchterund Saatgutkaufleute Österreichs. BAL Gumpenstein 25.-27. November2003:1-6.
� Wilde K, Burger H, Prigge V, Presterl T, Schmidt W, Ouzunova M,Schmidt W, Geiger HH (2009): Testcross performance of doubled-haploid lines developed from European flint maize landraces. PlantBreeding doi:10/1111/j.1439-0523.2009.01677.