Kartierung und molekulare Charakterisierung der prähaustoriellen Resistenz in Einkorn (Triticum monococcum) gegenüber Braunrost (Puccinia triticina f. sp. tritici)
Final Report Abstract
Bei der Suche nach Resistenzen gegenüber Puccinia triticina wurden Akzessionen des Einkorns (Triticum monococcum) identifiziert werden, die makroskopisch vollständige Resistenz aufweisen. Die Akzessionen Pi272560 und 36554 wurden als Extreme im Hinblick auf die Resistenz bzw. Anfälligkeit gegenüber Braunrost für die Charakterisierung dieser Resistenz genutzt. Nach mikroskopischen Analysen zeigte sich zunächst, dass Akzession Pi272560 prähaustorielle Resistenz aufweist und die Bildung von Haustorien vollständig unterbunden ist. Es trat Autofluoreszenz um die beobachteten Infektionsstellen auf. Im Weiteren konnte durch H2O2-spezifische Färbungen eine erhöhte Wasserstoffperoxidkonzentration in der Umgebung von Braunrostinfektionsstellen beobachtet werden. Messungen der Wasserstoffperoxidkonzentration und die Nutzung eines Peroxidaseassays führten zu dem Ergebnis, dass eine zeitlich früher einsetzende Abwehrreaktion in Pi272560 zur prähaustoriellen Resistenz führt. In einem Chitinaseassay konnte gezeigt werden, dass in Akzession Pi272560 unabhängig von einer Infektion eine hohe Chitinaseaktivität vorliegt. Molekulare Analysen wurden nach dem Nachweis der steigenden Wasserstoffperoxidkonzentration in Pi272560 bereits 12 hai innerhalb der ersten 24 h nach der Inokulation mit P. triticina durchgeführt. Mittels MACE konnte eine erhöhte und frühere Expression von Peroxidasen, Chitinasen, Pr-Genen und weiteren in die Abwehr involvierten Genen in der resistenten Akzession nachgewisen werden. Von den durch MACE identifizierten Genen konnten 1136 in silico kartiert werden, von denen 273 eine unterschiedliche Expression über den gesamten Untersuchungszeitraum aufwiesen. Nach der erfolgreichen Kreuzung der resistenten und anfälligen Akzession wurden 388 F2 Pflanzen phänotypisiert und es wurden 182 dieser F2 Pflanzen für die Erstellung einer genetischen Karte mittels SSRs und DArTs genutzt, welche 1488, 3 cM mit 4118 Markern umfasst. Hilfe dieser Karte und der ermittelten phänotypischen Daten, d.h. der HMZ-Anzahl 48 und 72 hai sowie der makroskopischen Bonitur, konnten vier QTLs auf den Chromosomen 2 und 5 identifiziert werden, die im Zusammenhang mit der prähaustoriellen Resistenz stehen. Mehrere abwehrrelevante Gene wie beispielsweise Peroxidasen aber auch bisher nicht im Zusammenhang mit Resistenzreaktionen beschriebene Gene, wurden basierend auf der in-silico Karte im Bereich dieser QTLs lokalisiert. Diese Marker ermöglichen zukünftig eine beschleunigte Übertragung der gefundenen prähaustoriellen Resistenz in Brotweizen (Triticum aestivum). Die prähaustorielle Resistenz besitzt nach den bisherigen Tests mit hochvirulenten Isolaten einen dauerhaften Charakter und kann zukünftig zu Resistenzen in Weizen führen, die zu qualitativer Befallsfreiheit führen und dabei nicht der Gen-für Genhypothese und damit der Gefahr eines kurzfristigen Zusammenbruchs unterliegen.
Publications
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(2011) Mapping and molecular characterization of prehaustorial resistance against leaf rust (Puccinia triticina) in Einkorn (Triticum monococcum). Wissenschaftliche Jahrestagung des IZN. Halle (Saale), p. 74-78
Serfling A, Krämer I, Perovic D, Lind V, Ordon F.
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(2012) Mapping and molecular characterization of prehaustorial resistance against leaf rust (Puccinia triticina f. sp. tritici) in Einkorn (Triticum monococcum). 10. Conference-Plant Stress and Genomics. (Halle (Saale), p. 14
Serfling, A.; Krämer, I.; Ordon, F.
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(2012) Virulence and resistance in the pathosystem leaf rust-wheat and the characterization of a prehaustorial resistance in Einkorn (Triticum monococcum) New approaches for assessment and improvement of environmental status in Balkan Region: Interactions between organisms and environment. Sremska Kamenica, Serbia, p. 36-41
Serfling, A.; Ordon, F.
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(2013) Mapping and molecular characterization of prehaustorial resistance against leaf rust (Puccinia triticina) in Einkorn (Triticum monococcum). Wissenschaftliche Jahrestagung des IZN. Halle (Saale ), p. 16
Serfling A, Ordon F.
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(2013) Molecular characterization of the prehaustorial resistance against leaf rust in Einkorn (T. monococcum). 12 th International Wheat Genetics Symposium. Yokohama, Japan, p. 171
Serfling, A.; Ordon, F.
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(2013). Erweiterung der genetischen Basis der Resistenz des Weizens (Triticum aestivum) gegen Braunrost (Puccinia triticina f. sp. tritici). Journal für Kulturpflanzen. 65: 262-272
Serfling, A.; Krämer, I.; Perovic, D.; Ordon, F.
