An Effector- and Genomics-Assisted Pipeline for Necrotrophic Pathogen Resistance Breeding in Wheat
Pflanzenphysiologie
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Es wurde eine hoch diverse multiparentale („Mulitparental Advanced Generation Intercross“; MAGIC) Population basierend auf acht verschiedenen Eltern erstellt. Dabei wurde ein stark vereinfachtes Kreuzungsschema mit einem zusätzlichen 8-Wege-Interkreuzungsschritt angewendet. Insgesamt wurden 394 F6:8 rekombinante Inzuchtlinien genotypisiert. Folgende genetische Parameter wurden analysiert: die Populationsstruktur, die Anzahl der Rekombinationsereignisse und der Anteil des Genoms, der von jedem der acht Eltern vererbt wurde. Zudem wurde eine genetische Kopplungskarte, welche 5436 Marker beinhaltete, erstellt. Die Ergebnisse implizierten, dass das verwendete Kreuzungsschema gegenüber einem fast vollständig realisierten MAGIC-Kreuzungsablauf als äquivalent zu betrachten ist. Die erstellte MAGIC-Population deckte über 70 % der im deutschen Weizen-Genpool vorhandenen allelen Diversität ab. Die Feldresistenz gegenüber Mehltau wurde unter natürlicher Infektion, gegenüber der Ztr-Blattdürre mit Hilfe einer Inokulation an je zwei Standorten in Deutschland in den Jahren 2016 und 2017 erfasst. Die Infektion mit der Ptr-Blattdürre wurde in Deutschland 2016 unter natürlichem Infektionsdruck und 2017 an zwei Standorten (Deutschland und Dänemark) nach künstlicher Infektion erhoben. Zudem wurden die agromorphologischen Merkmale Pflanzenhöhe, Zeitpunkt des Ährenschiebens und Blattstellung bonitiert. Sechs, sieben und neun QTL wurden jeweils für die Resistenzen gegen Mehltau, Ztr-Blattdürre und Ptr-Blattdürre ermittelt. Fünfzehn QTL wurden für die agromorphologischen Merkmale kartiert. Das Vertrauensintervall von je zwei QTL überlappte an fünf genomischen Regionen. Die genetische Region auf Chromosom 1AS vermittelte zeitgleich Resistenz gegenüber allen drei untersuchten Krankheiten, wohingegen die Region auf Chromosom 7AL gegensätzliche Effekte für Mehltau/Ztr-Blattdürre und Ptr-Blattdürre aufwies. Die meisten QTL waren jedoch merkmalsspezifisch, was die Möglichkeit einer zeitgleichen Resistenzzüchtung gegen die drei Krankheiten impliziert. Es wurden Kandidatengene gefunden, die mit den detektierten Resistenz-QTL assoziiert waren und deren Rolle in der Pflanzenabwehr bekannt ist. Die Genprodukte gehörten unterschiedlichen Proteinklassen an. Dies legt die Vermutung nahe, dass verschiedene Resistenzmechanismen an der Ausprägung langanhaltender Resistenz beteiligt sind. Für die Erhebung der Keimlingsresistenz gegenüber Mehltau wurde ein definiertes Isolatgemisch verwendet. Für die Erfassung der Keimlingsresistenz gegenüber Ztr und Ptr wurden jeweils drei und fünf verschiedene Einsporisolate getestet. Damit wurden jeweils fünf, acht und 15 QTL für die Resistenz gegenüber Mehltau, Ztr-Blattdürre und Ptr-Blattdürre kartiert. Interessante Bereiche, für die weiterführenden Studien vielversprechend sein könnten, wurden insbesondere für die Resistenz gegenüber Ptr auf den Chromosomen 3B und 4D gefunden.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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(2017). Bavarian MAGIC winter wheat population (BMWpop): construction and genotypic data analysis. In Proceedings of the 13th International Wheat Genetic Symposium, eds. H. Buerstmayr et al.
Stadlmeier, M., Albrecht, T., Schmidt, S., Hartl, L., Mohler, V.
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(2018). Usefulness of a multiparent advanced generation intercross population with a greatly reduced mating design for genetic studies in winter wheat. Front. Plant Sci. 9, 1825
Stadlmeier, M., Hartl, L., and Mohler, V.
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(2019). Genetic dissection of resistance to the three fungal plant pathogens Blumeria graminis, Zymoseptoria tritici, and Pyrenophora tritici-repentis using a multiparental winter wheat population. G3 Genes|Genomes|Genetics 5, 1745–1757
Stadlmeier, M., Jørgensen, L. N., Corsi, B., Cockram, J., Hartl, L., and Mohler, V.
