Rekurrente Selektion auf erhöhte Auskreuzungsrate bei Gerste (Hordeum vulgare) aus semiariden Gebieten Jordaniens und Syriens
Final Report Abstract
Die Erhöhung der Heterozygotie von Gerste (Hordeum vulgare L.) durch erhöhte Auskreuzungsraten (AR) war das Ziel der vorliegenden Studie. Mit dieser Strategie soll eine Verbesserung des Kornertrags unter Trockenstressbedingungen erreicht werden, so wie sie in den semiariden Gebieten Westasiens und Nordafrikas vorherrschen. Rekurrente Selektion (RS) ist eine zyklische Methode der Pflanzenzüchtung, bei der eine graduelle Erhöhung der Häufigkeit günstiger Gene in einer Population angestrebt wird. Hierbei werden überlegene Genotypen selektiert und untereinander zum Abblühen gebracht, um eine neue, verbesserte Population zu erzeugen. In dem vorliegenden Projekt wurde eine Basispopulation aus Gersten- Akzessionen der Genbank von ICARDA und des IPK zusammengestellt. Von jeder Akzession wurden 18 Pflanzen ausgesät und deren DNA aus jungen Blättern extrahiert und in Gruppen von jeweils 6 Pflanzen zusammengefasst. Von allen Gruppen, die in einer SSR-Markeranalyse polymorphe Bandenmuster zeigten, wurde DNA der Einzelpflanzen extrahiert und mittels SSR-Markern auf ihren Heterozygotiegrad untersucht. Im ersten Selektionszyklus C0 wurden so Pflanzen 125 selektiert, die einen erhöhten Heterozygotiegrad aufwiesen. Diese wurden zusammen abblühen gelassen, um Zufallspaarung zwischen ihnen zu ermöglichen. Die auf den Pflanzen gebildeten Samen wurden geerntet und bildeten das Ausgangsmaterial für den folgenden Selektionszyklus (C1). Diese Prozedur wurde so lange wiederholt, bis vier Selektionszyklen abgeschlossen waren (C0 - C3). Eine abschließende Evaluierung von Nachkommen aller vier Selektionszyklen wurde in einem Glasshausversuch unter identischen Umweltbedingungen für alle Prüfglieder durchgeführt, um die Ergebnisse der Selektion zu untersuchen. Hierzu wurde im Februar 2008 Restsaatgut aller Pflanzen aus jedem Selektionszyklus ausgesät, und die sich entwickelnden Pflanzen auf blütenbiologische und agronomische Merkmale untersucht. Später wurden mittels SSR-Markeranalysen die Auskreuzungsraten in deren Sämlings-Nachkommen bestimmt. Die Mittelwerte und Varianzen der Merkmale wurden analysiert und Korrelationen zwischen ihnen bestimmt. Weitere Parameter wie die Heritabilität der AR und der korrelierte Selektionsgewinn für die möglicherweise mit Auskreuzung zusammenhängenden Blütenmerkmale werden in Kürze abgeschlossen. Als Ergebnisse liegen nun die AR der Ausgangspopulationen pro Zyklus, der selektierten Fraktionen sowie der unter gleichen Umweltbedingungen evaluierten Nachkommen vor. Die AR der Ausgangspopulationen erhöhten sich ausgehend von sehr niedrigen Werten (~0,5%) erheblich in den ersten drei Selektionszyklen auf ~5%, nahmen dann aber von Zyklus C2 zu C3 leicht ab. Die AR der selektierten Fraktionen erhöhten sich deutlich in den ersten zwei Zyklen um etwa 5%, zeigten dann aber einen Abfall von C1 zu C2 und blieben etwa konstant in C3. Völlig unerwartet ergab die Auswertung der Ergebnisse der unter gleichen Umweltbedingungen geprüften Nachkommen aller Selektionszyklen sehr niedrige AR, die in C0 und C1 nur etwa 2- 3% betrugen und in Nachkommen von C1 und C3 sogar noch auf 1-2% abnahmen. Die Auswertung der phänotypischen Merkmale in diesem Abschlussversuch ergab für das Merkmal „Tage bis zur Blüte“ zunächst abfallenden Reifezeiten von C0 zu C2 gefolgt von wieder ansteigenden Reifezeiten von C2 zu C3. Dieser Verlauf könnte eine Erklärung für die überraschenden Ergebnisse beinhalten. Zunächst müssen jedoch die Ergebnisse der Studie abschließend ausgewertet werden, die später in Form einer Dissertation der Doktorandin in diesem Projekt (Frau Aruna Nandety) zur Verfügung gestellt werden. Als vorläufige Erklärung der unerwarteten Ergebnisse scheint eine starke Genotyp x Umwelt-Interaktion für AR bei Gerste vorzuliegen. Die unter spezifischen Umweltbedingungen ermittelten AR scheinen somit nur eine geringe Aussagekraft für die AR im Inzuchtgleichgewicht über viele Generationen hinweg zu haben. Des Weiteren könnten der wechselnde Anbau im Sommer und Winter im Glasshaus korrelierte Selektion begünstigt haben. Die hohen Sommertemperaturen könnten andere Genotypen mit bestimmten Blühverhalten begünstigt haben, als die geringeren Temperaturen im Winter. Die Ergebnisse dieser Studie scheinen somit nicht geeignet, um die Richtigkeit des Konzepts der vorgeschlagenen rekurrenten Selektionsstrategie zu Erhöhung der AR bei Gerste zu belegen. Das entwickelte genetische Material wird den Gerstenzüchtern von ICARDA und der Mu'tah Universität in Jordanien zur Verfügung gestellt, da diese damit weitere Untersuchungen durchführen wollen.
