Fragen Spezielle Pflanzenzüchtung

Geringe Spindelbrüchigkeit und stabile Ähren

Dünne oder fehlende Spelzen, freidreschendes Korn

Verringerte Dormanz, gleichmäßiger schneller Aufgang

Durch Gewebekultur werden virusfreie Pflanzen erzeugt, mittels derer in Topfkultur im Gewächshaus sehr kleine Knollen = Minitubers erzeugt werden. Die Minitubers werden zur Erzeugung von virusfreiem Basissaatgut verwendet. Dies kommt bei der Erhaltungszüchtung zum Einsatz.

Amflora: Kartoffel die eine gentechnisch eingebrachte RNA Interferenz aufweist, weshalb keine Amylose sondern nur Amylopektin gebildet wird. Amylopektin wird stofflich genutzt für die industrielle Stärkenutzung (Herstellung Papier, Textilien, Klebstoff). Bei herkömmlichen Kartoffeln müssen Amylose und Amylopektin aufwändig entfernt werden. Für die Amflora besteht in der EU keine Zulassung mehr.

Eine Amylose freie Kartoffel wurde mittlerweile auf herkömmlichem Weg mittels Tilling gezüchtet.

Zeaxanthin-Kartoffel: Kartoffel mit veränderter Carotinoid Zusammensetzung – höhere Konzentrationen von Zeaxanthin. Bringt günstige Eigenschaften in der Ernährung (Superfood) oder in Futtermischungen. Als Marker funktioniert ein Antibiotikaresistenzgen.

Beta-Carotin+Lutein Kartoffel: Ähnlich zu Golden Rice (Reis der erhöhte Mengen Provitamin-A enthält was gesundheitliche Vorteile (Bekämpfung der Unterversorgung) bringen kann.

Cisgene Kartoffel: Bei Cisgenese werden Gene derselben Art eingebracht, die auch über herkömmliche Kreuzung oder nicht gentechnische Spezialverfahren eingebracht werden könnten. Langwierige Rückkreuzungen um unerwünschte Gene zu entfernen sind aber dabei nicht mehr notwendig. Mit dieser Technik wurden Resistenzgene gegen Pythophtora in bestehende Sorten eingebracht (Fortuna).

Primärtriticale: Kreuzung von Weizen x Roggen, zunächst Brotweizen x Triticale, ergibt oktoploide (BBAADDRR) Triticale, später Durum x Roggen, ergibt hexaploide Triticale (BBAARR)

sind Kreuzungen von Triticale x Triticale

Die heutigen Sorten sind Abkömmlinge von sekundärem Triticale.

Kritisch gesehen wird Embryonenkultur, Eizellenkultur, in vitro Pollination, in vitro Selektion, Antherenkultur, Mikrosporenkultur, Gewebekultur, Substanzen wie Colchizin, Silbernitrat oder Phytohormone

Biologische Pflanzenzüchtung beschreibt Zuchtmethoden die unter Anwendung der pflanzenbaulichen Methoden und unter Einhaltung der ethischen Standards des Biolandbaus durchgeführt werden. Hierzu zählt zB der Verzicht auf gentechnische- und Spezialverfahren.

Pflanzenzüchtung für die biologische Landwirtschaft hat das Ziel Sorten zu entwickeln die Eigenschaften tragen die sich speziell im biologischen Anbau als vorteilhaft erweisen, wie zB eine bessere Bestockung, hohe Bodendeckung, adäquate Halmlänge, da durch diese Eigenschaften eine höhere Konkurrenzkraft gegen Unkräuter gegeben ist. Eine konventionelle Sorte ist aufgrund des Einsatzes von Herbiziden zur Unkrautregulierung nicht im selben Ausmaß auf diese Eigenschaften angewiesen. Am Abschluss einer Züchtung für die biologische Landwirtschaft kann oder sollte eine eigene Bio-Wertprüfung stehen, die diese, für den Bioanbau spezifischen, Eigenschaften überprüft.

Bestimmte Individuen (Genotypen) einer Pflanze können jedoch gegenüber bestimmten Rassen eines Pathogens resistent sein. Die Resistenz liegt also rassenspezifisch vor. Diese Resistenzen liegen meist nur auf einem oder sehr wenigen Genen (meist monogen). Durch Auslese können qualitativ resistente Pflanzen relativ rasch selektiert werden, jedoch können diese Resistenzen vom Pathogen auch relativ rasch durchbrochen werden durch z.B. Migration, Mutation, Selektion, Rekombination oder Zufall in Verbindung mit der Entwicklung neuer Rassen. (=Resistenzzusammenbruch)

Bildet ein Genotyp einer Pflanze nicht nur die Resistenz gegen eine bestimmte Rasse, sondern eine Grundresistenz oder eine partielle Resistenz gegen die Art des Pathogens aus, spricht man von quantitativer, rassenunspezifischer Resistenz. Diese Resistenzmechanismen sind polygen gesteuert und erschweren dem Pathogen eine rasche Anpassung an diese Resistenz. Werden mehrere Genotypen mit unterschiedlich ausgeprägten partiellen Resistenzen gekreuzt, kann dies zu einer vollständigen Resistenz führen.

Liegt eine qualitative (rassenspezifische) Resistenz vor, führt dies zu starkem Selektionsdruck auf Seite des Pathogens. (siehe Boom & Bust Zyklus). Entwickelt sich beim Pathogen (zB durch Mutation) ein neues Befallsmuster oder ein neuer Befallsmechanismus, ist die qualitative (monogenetische) Resistenz nicht mehr wirksam. In Folge vermehrt sich das so selektierte Pathogen stark und es kommt zu starkem Befall = Resistenzzusammenbruch. Das Resistenzgen ist dabei nicht mutiert oder andersartig verändert, die Resistenz gegen die ursprüngliche Rasse des Erregers ist weiterhin aktiv. Jedoch hat sich der Erreger so verändert, dass dieses Resistenzgen gegen ihn keine Wirksamkeit mehr zeigt.

Das Elizitor-Rezeptor Modell liefert eine Erklärung für die Gen-für-Gen Hypothese.

Die Pflanze kann am Resistenzgen Allele für anfällig oder resistent tragen. Das Pathogen kann am Virulenzgen Allele für virulent oder avirulent tragen.

Nur bei Kombination Resistenzgen und Avirulenzgen wird die Resistenz der Pflanze wirksam, nach dem Prinzip Schlüssel (Elizitor) und Schloss (Rezeptor).

Die Kartoffel ist autotetraploid, das heißt sie trägt das eigene Genom zweimal, die Allele A und a kommen also insgesamt vier Mal im Genom vor (AAAA, AAAa, AAaa, Aaaa, aaaa) (Autopolyploidie).

Ein simplex verebrtes Allel ist nur einfach dominant vererbt: Aaaa. Duplex: AAaa, Triplex AAAa, Quadruplex: AAAA, Nulliplex: aaaa

Produktion in Gesundlagen (kein Vorkommen vom Virusvektor Blattlaus), in Österreich aufgrund der Klimaveränderung zunehmend weniger möglich

Meristemkultur mit anschließender in vitro Vermehrung im Gewächshaus: Produktion von Minitubers. Anbau der Minitubers im Feld zur Produktion von Basissaatgut.

True Potatoe Seed (TPS): Die meisten Kartoffelkrankheiten sind nicht samenbürtig, daher werden Kartoffelviren nicht auf das Saatgut übertragen. Allerdings kommt es zur Aufspaltung der Heterozygotie und es wird das Zulassungsziel Uniformität nicht erreicht. Daher in Folge Auslese und Vermehrung notwendig.

Erhaltungsparzelle von virusfreier Sorte zur Produktion von Basissaatgut

Knollenmelkmethode: Freilegen der Mutterknolle und laufendes Entfernen der Tochterknollen

Pfropfung auf Tomatenunterlagen

Anbau unter Langtag

Besprühen mit Phytohormonen (Auxin)

Ture Potatoe Seed

Abweichungen von der „regulären“ euploiden Pflanze, zB bei Weizen mit 2n=6x=42 bestehend aus doppelten Chromosomen A1-A7, B1-B7, D1-D7

2n=6x=41 >> ein Chromosom kommt nur einfach vor, zB A7 hat nur ein Chromosom statt eines Chromosomenpaars

2n=6x=44 >> ein zusätzliches (artfremdes) Chromosomenpaar im Genom, zB zusätzlich zu den vorhandenen Chromosomen ist das Chromosomenpaar 1R vorhanden

2n=6x=42 >> Ein Chromosomenpaar wurde vollständig durch ein anderes ausgetauscht, zB wurde das Chromosomenpaar B1 durch das Chromosomenpaar 1R ersetzt

2n=6x=42 >> Schwesternchromatide werden ausgetauscht, zB 1BL/1RS

"Kleistogam" bezieht sich auf eine spezielle Art der Fortpflanzung bei Pflanzen, bei der die Blüten vor der Öffnung bestäubt werden. Diese Art der Bestäubung erfolgt oft durch Selbstbestäubung, was bedeutet, dass der Pollen der gleichen Blüte oder von einer anderen Blüte derselben Pflanze verwendet wird.

Cytoplasmatische Männliche Sterilität

Anpassung an neue, teilweise extreme Umwelten

Erhöhte Bestockung

Höhere Pflanzen

Entwicklung einer Blattfläche mit breiten, horizontalen Blättern

Höhere Konkurrenzfähigkeit gegenüber anderen Getreidearten

Aufrechte Blätter

Reduzierte Größe, bei gleicher Nährstoffaufnahme größerer Transport von Nährstoff ins Korn (höhere Erträge möglich)

Bessere Verwertung von Nährstoffen

Gezielte Anpassung und Weiterentwicklung von Resistenzen und Toleranzen gegen Pathogene

gesteigerter Ertrag in dichten Beständen + gesteigerte Wirksamkeit der Dünge- und Pflanzenschutzmittel

Israel, zB: See Genezareth

Jordanien

Türkei

Israel, Palästina, Jordanien, Libanon, Syrien, Irak

Süd-Osttürkei, Syrien, Libanon, Jordanien

Süd-Osttürkei

Künstlicher Hybrid aus Weizen und Roggen dessen Chromosomensatz mit durch den Einsatz von Colchicin verdoppelt werden kann, anderenfalls sind die Nachkommen hochgradig steril. Es gibt keine direkten wilden Verwandten, da die Kreuzungspartner Roggen und Weizen bzw. Durumweizen Kulturpflanzen sind.

Triticum aestivum

Hexaploides Genom AABBDD (2n=6x=42)

mit Abstand wichtigste Weizenart weltweit → Verwendung für Backwaren, Malz, Stärkegewinnung, Tierfutter

Tricitum durum

Tetraploides Genom AABB (2n=4x=28)

Zweitwichtigste Weizenart Verwendung für Nudeln, Pasta, Couscous, Bulgur

Triticum aestivum spelta

Hexaploides Genom AABBDD (2n=6x=42)

Relativ geringe Anbauflächen, bespelzt Verwendung für Brot und Backwaren, Pasta, als Nischenprodukt Dinkelbier und Dinkelkaffee

Triticum dicoccum

Tetraploides Genom AABB (2n=4x=28)

Bespelzt, im Altertum (Rom) bedeutend, heute geringe Anbauflächen, für Spezialitäten genutzt Heute geringe Anbauflächen, für Spezialitäten genutzt, Vermarktung oft über Reformhäuser

Triticum monococcum

Diploides Genom AmAm (2n=2x=14)

Heute geringe Anbauflächen, bespelzt, für Spezialitäten genutzt, Vermarktung oft über Reformhäuser

Triticum turgidum × T. polonicum

Diploides Genom AABB

Geringe Anbauflächen, Vermarktung fast ausschließlich über Reformhäuser

In jeder 2n Körperzelle sind jeweils 2 Kopien von jedem Chromosom

stammen von den Eltern eines Individuums derselben Art und enthalten die gleichen Gene in der gleichen Reihenfolge.

Es sind in allen zwei (zB: AABB) oder allen drei (zB: AABBDD) Genomen dem Geninhalt und der Genanordnung nach ähnliche Chromosomen vorhanden. 1A ist ähnlich zu 1B ist ähnlich zu 1D bezogen auf Geninhalt und Genanordnung.

stammen aus verschiedenen, aber verwandten Arten und ähneln sich genetisch.

sind Genome, welche aus aus mehreren unterschiedlichen ursprünglichen Genomen zusammengesetzt sind.

Das Genom liegt im Zellkern nur in einfacher Form vor (= einfacher Chromosomensatz). zB: X. Dies ist typischerweise bei den Gameten (Samen- und Eizellen) der Fall.

Das Genom liegt im Zellkern in zweifacher Form vor (= zweifacher Chromosomensatz). zB: XX oder XY. Dies ist typischerweise in allen Zellen von sich geschlechtlich fortpflanzenden Organismen, mit Ausnahme der Gameten, der Fall.

Das Genom liegt im Zellkern in mehrfacher Form vor. Dies kann in unterschiedlichen Formen vorhanden sein.

mehrere Chromosomensätze von verschiedenen Eltern liegen vor, zB: bei Weizen (AABBDD)

mehrere Chromosomensätze derselben Art liegen vor. zB: bei Kartoffel (AAAA) wobei biallele (AiAiAjAj) oder tetraallele (AiAjAkAl) Formen vorliegen können.

Bei gleichem SI-Allel von Pollen und Narbe stellt der Pollenschlauch das Wachstum ein.

Die Genotyp-Umwelt-Interaktion beschreibt, wie sich die Leistung oder das Erscheinungsbild eines Organismus durch das Zusammenspiel seines genetischen Profils (Genotyp) und spezifischer Umweltbedingungen verändert.

KRankheitsresistenzen/ -toleranz

Wuchshöhe & Standfestigkeit

Ährenschieben/Reifezeit, Ährenmerkmale (Kornzahl/Ähre)

Kornmerkmale wie Kornfarbe, Kornform, TKG

Ertrag, Stärke- und Proteingehalt

Diese Eigenschaften lassen sich erst in einem späteren Stadium feststellen, wenn ausreichend Material für entsprechende Prüfungen vorhanden ist.

Merkmale mit hoher Heritabilität wie Wuchshöhe, Ährenschieben, Reifezeitpunkt, Ähren-Fertilität (Kornzahl/Ähre), Kornmerkmale (Kornfarbe, Kornform, TKG) → da hier Unterschiede in der Ausprägung genetische Ursachen haben → Selektion von bestimmten Genotypen.

z.B. Mindestqualität

Hektolitergewicht

Fallzahl

Mindestmaß an Krankheitstoleranz

Wuchshöhe

Standfestigkeit

TKG

Kornausbildung

Glasigkeit des Korns

Hohe Auswuchsneigung

Der Alveograph ist ein Gerät zur Ermittlung der Mehlqualität und Verarbeitungseigenschaften eines Teiges. P-Wert (Zähigkeit des Teiges) und L-Wert (Dehnbarkeit) werden ermittelt.

Farinograph ermittelt zusätzlich die Wasseraufnahme des Teiges. Teigrheologie: Knetverhalten, Die Knet-Energie wird aufgezeichnet.

Der Extensograph erlaubt Aussagen in Bezug auf die Qualität des Mehls und die Eignung des Mehls für bestimmte Verwendungszwecke sowie in Hinblick auf den Einfluss von Zusatzstoffen auf die Mehleigenschaften. Dehnlänge, Dehnwiderstand und die Verhältniszahl

Das sog. Disease-Triangle stellt Pflanze, Pathogen und Umwelt in eine Beziehung zueinander. Ein spezifisches Pathogen kann nur bestimmte Pflanzen unter bestimmten Umweltbedingungen infizieren. Daher kann keiner der drei Faktoren isoliert betrachtet werden, sondern muss immer in Relation zu den anderen beiden betrachtet werden. Das Disease Triangle beschreibt somit die Beziehung zwischen Pflanze, Pathogen und Umwelt.

Die meisten potentiellen Pathogene können die meisten Pflanzen aufgrund der vorhandenen unspezifischen Abwehrmechanismen nicht befallen, die Basis-Inkompatibilität ist daher die unspezifische Basisresistenz einer Pflanze. Diese sog. „Grundresistenz“ nennt man auch Basisresistenz, Basis-Inkompatibilität oder Nicht-Wirtsresistenz.

Die unspezifischen Abwehrmechanismen reichen nicht aus um ein spezifisches Pathogen abzuwehren. Ein spezifisches Pathogen kann die Pflanze daher befallen und als Nahrungsquelle nutzen. → spezifisch

Eine spezifische Resistenz gegen ein spezifisches Pathogen die jedoch innerhalb der Individuen einer Art unterschiedlich ausgeprägt sein können. Es gibt daher innerhalb der Art Individuen die von einem spezifischen Pathogen stärker befallen werden können als andere Individuen.

Wirt und Parasit weisen komplementäre genetische Systeme auf: Jedem Resistenzgen im Wirt steht ein Gen im Parasiten gegenüber, das Virulenz oder Avirulenz bedingt.

Die Pflanze kann am Resistenzgen Allele für anfällig (aa) oder resistent (RR) tragen. Das Pathogen kann am Virulenzgen Allele für avirulent (AA) oder virulent (rr) tragen.

Bei der Züchtung wird eine Sorte mit einer guten Resistenz gegen ein Pathogen gezüchtet und wird deswegen in Folge sehr häufig angebaut. (=BOOM)

Dies führt zu einem starken Selektionsdruck auf Seite des Pathogens, da nur noch wenige Individuen/Rassen/Isolate die Fähigkeit besitzen die Pflanze zu befallen und sich zu vermehren. Daher kommt es zunächst zur Abnahme der Befallszahlen insgesamt. Somit wird (ungewollt) auf kompatible Rassen selektiert, die sich im Lauf der Zeit stark vermehren können und auf diese spezielle Sorte der Pflanze spezialisiert sind. In Folge nehmen die Befallszahlen wieder stark zu und die Sorte wird nicht mehr angebaut (=BUST).

Da der so selektierte Stamm auf diese spezielle Sorte spezialisiert ist, hat er beim Befall von anderen Sorten dieser Pflanze einen Nachteil und die Population verringert sich wieder. Die Sorte gewinnt also wieder an Resistenz und wird möglicherweise wieder vermehrt angebaut. (=erneuter BOOM).

Dieses Phänomen ist vor allem bei Pathogenen zu finden die durch vertikale, rassenspezifische Resistenzen kontrolliert werden, zB Mehltau oder Rosterkrankungen.

Eine Resistenz die über lange Zeit, trotz Anbau derselben Sorte auf größerer Fläche, wirksam blieb. („Pflanze wird über einen langen Zeitraum nicht befallen“)

Eine spezielle Form der quantitativen Resistenz. Ein anfälliger Infektionstyp (starke Entwicklung des Pathogens) der aber nur einen relativ kleinen Bereich der Blattfläche befällt. („Pflanze zeigt an wenigen, kleinen Stellen einen starken Befall“)

Eine Pflanze kann befallen werden und Krankheitssymptome zeigen aber dennoch einen befriedigenden Ertrag liefern. („Pflanze kann mit der Krankheit gut Leben“)

Schnelle Erzeugung homozygoter Linien

Effizienz in der Selektion

Verbesserte Hybridzüchtung

Reduktion der genetischen Variabilität

Vereinfachung der Qualitäts- und Resistenzprüfungen

Kostensenkung und Ressourcenersparnis

Schaffung von genetischer Diversität durch Genübertragung aus den beiden Ausgangsarten, bzw. Kreuzung der beiden Ausgangsarten (B. oleracea und B. rapa) (Resynthese-Raps), hierzu aber anschließend Chromosomenverdopplung mit Hilfe von Colchizin notwendig um fertile Pflanzen zu erhalten. Wichtige Quelle für die Resistenzzüchtung (Phoma).

Resynthese = Interspezifische Kreuzung