Ber. Zuckergehalt rel. Rübenertrag rel. Was kann Pflanzenzüchtung leisten? Dr. Georg Koch, Strube-Dieckmann Zuchtfortschritt 300 Ertrag rel. 270 (1961=100) Gerste 240 Weizen 210 y = 3,8x + 101 R² = 0,94 y = 3,1x + 121 R²= 0,91 180 180 150 Kartoffeln 170 120 y = 2,9x + 89 R²= 0,74 160 90 150 Quelle: FAO und WVZ 1961 1963 1965 1967 1969 1971 1973 1975 1977 1979 1981 1983 1985 1987 1989 1991 1993 1995 1997 1999 2001 2003 2005 60 140 y = 1,94x + 88 r² = 0,83 130 120 Ber. Zuckerertrag in der Wertprüfung des BSA 1964 - 2005 110 100 90 ∆ = 5,96 t/ha 1,94 %/Jahr 80 (Klassik- und rizomaniaresistente Sorten auf befallsfreien Standorten, ohne Fungizidbehandlung) 2004 2002 2000 1998 1996 1994 1992 1990 1988 1986 1984 1982 1980 1978 1976 1974 1972 1970 1968 1966 70 1964 Ber. Zuckerertrag rel. (1964=100) 190 Relative Ertragsentwicklung von Weizen, Gerste und Kartoffeln in Deutschland von 1961 bis 2005 Auslesezüchtung „Das Beste ist des Guten Feind.“ Molecular Breeding Genomselektion DHDH-Technik RR Rs ss Rs ss Rs RR Rs x ; resistent Markergestü Markergestützte Selektion (MAS) Kreuzung / Selbstung Wildrüben, genetische Ressourcen, Elitelinien suszeptibel Planung Züchtung in Zyklen Testkreuzungen Auswahl Neue Sorten / Qualitätssicherung WILLIAM Leistungsprüfungen (mit/ohne abiotischem oder biotischem Stress) >> weiter Optimierte Züchtungsschemata Bestäuberzüchtung Jahr 2 3 x F1 (1-n) MS-Tester x F2 (1-o) gca 4 wenige Umwelten Elite/PGR Labor/GH/FeldLabor/GH/Feld-Evaluation Meristemkultur, DH Molekulare Marker Saatgutqualitä Saatgutqualität Schoß Schoßtoleranz Samenträ Samenträger Resistenz Phä Phänotyp rekurrente Züchtung Selektion der „besten“ Gene und Allele; Eliminierung unerwünschter Eigenschaften/Gene Elite 1 LP-1 viele Umwelten 5 6 MS-1 x F3 ; 2:3 (1-p) sca MS-2 Sortenanmeldung MS-q LP-3 F4 Prä Präbasis LP-2 Basis QC Planvoll, gezielt, vernetzt, Methoden-basiert Züchtungsmanagement Statistics packages LabLab-1 LabLab-2 LabLab-3 LabLab-4 LabLab-5 ‘ rs e d ee all r B H f o me Fa Merkmalkombination Au s wah Web access D F UK B PL E NL A CH l LLPP--11 Data logger input/output Internet telephone conference rreezziippro rokkee KKrre euuzzuunngg LLPP--22 LLPP--33 LLPP--B BS SA A LLPP-x -xyy Var iet yc atw alk 42 << zurück Gezielte Elternwahl - Heterotische Gruppen - • Auswahl der Eltern entspr. genetischer Distanz Genetische AFLP Ähnlichkeit 0,4 0,3 0,2 F2.3 F2 F2.4 Nem 0,1 0,0 CR-F2_3-1 CR-F2_3-6 CR-F2_3-4 CR-F2_3-5 CR-F2_3-7 CR-F2_3-8 CR-F2_3-3 CR-F2_3-2 CR-F2_4-4 CR-F2_4-7 CR-F2_4-8 CR-F2_4-5 CR-F2_4-6 Nem-Elter-res N-Mix:0.2:0.8 N-Mix:0.4:0.6 N-Mix:0.5:0.5 N-Mix:0.5:0.5 N-Mix:0.6: Nem-F1 N-Mix:0.5:0.5 N-Mix:0.5:0.5 Nem-4 Nem-5 N-Mix:0.8:0.2 Nem-2 Nem-3 Nem-1 Nem-Elter-anf PG10 PG11 PG14 PG94 PG96 PG85 PG226 PG41 PG238 PG100 PG98 PG97 PG99 PG101 PG46 PG47 PG48 PG58 PG75 PG59 PG49 PG83/84 PG51 PG88 PG50 PG54 PG56 PG60 PG67 PG95 PG39 PG40 PG42 PG44 PG107 PG55 PG45 PG73 PG90 PG76 PG71 PG72 PG79 PG81 PG77 PG78 PG80 PG142 PG143 PG144 PG145 PG146 PG102 PG108 PG109 PG103 PG104 PG195 PG196 PG2 PG122 PG123 PG124 PG125 PG126 PG130 PG132 PG127 PG134 PG136 PG135 PG137 PG138 PG139 PG129 PG117 PG119 PG120 PG128 PG176 PG178 PG179 PG180 PG181 PG182 PG183 PG184 PG186 PG187 PG111 PG112 PG115 PG116 PG7 PG8 PG113 PG114 PG12 PG6 PG13 PG3 PG4 PG131 PG5 PG133 PG15 PG34 PG37 PG35 PG31 PG32 PG33 PG38 PG16 PG17 PG18 PG19 PG20 PG22 PG23 PG24 PG25 PG28 PG26 PG29 PG30 PG36 PG57 PG105 PG106 PG110 PG185 PG121 PG140 PG61 PG62 PG63 PG64 PG53 PG70 PG68 Bes tä ube r Italie n B. maritima Futterrübe " " " Mangold " rote Bete " " s sp. vulga risGruppe Bes tä ube r A1 Bes tä ube r B Bes tä ube r C Bes tä ube r A2 rote Bete PG119 PG120 PG128 PG176 PG178 PG179 PG180 PG181 PG182 PG183 PG184 PG186 PG187 PG111 PG112 PG115 PG116 PG7 PG8 PG113 PG114 PG12 PG6 PG13 PG3 PG4 PG131 PG5 PG133 PG15 PG34 PG37 PG35 PG31 PG32 PG33 PG38 PG16 PG17 PG18 PG19 PG20 PG22 PG23 PG24 PG25 PG28 PG26 PG29 PG30 PG36 PG57 B. maritima Futterrübe " " " Hybrid vigor: Corn lines B73 Mangold " (left) and Mo17 (right) produce rote Bete the " hybrid F1 (center). Photo: " s s p. vulga ris Gruppe Plant Sciences Institute, Iowa State University B.m.1 B.m.2 Be s tä ube r A1 B.m.3 B.m.4 Be s tä ube r B Be s tä ube r C S227 Be s tä ube r A2 PG69 PG237 PG65 PG240 PG241 PG242 PG141 PG147 PG148 PG302 PG304 PG149 PG150 PG151 PG155 PG156 PG154 PG198 PG200 PG152 PG153 PG218 PG197 PG159 PG199 PG201 PG43 PG158 PG157 PG225 PG202 PG203 PG207 PG208 PG215 PG205 PG209 PG216 PG217 PG204 PG206 PG211 PG210 PG213 PG214 PG221 PG223 PG222 PG160 PG220 PG234 PG86 PG87 PG74 PG92 PG93 PG89 PG118 PG239 PG52 PG161 PG164 PG177 PG165 PG305 PG219 PG162 PG163 PG235 PG236 PG27 S227-1 S227-2 S227-3 S227-6 S227-7 S227-8 S227-4 S227-5 B. ma ritima Cluste r << zurück Markergestützte Selektion (MAS) - am Beispiel Rizomania-Resistenz - Feldprüfung Markergestützte Selektion (MAS) Biotest RR Rs ss Rs ss Rs RR Rs resistent suszeptibel << zurück Zuchtgarten: Ernte und Verarbeitung << zurück Herausforderungen an die Pflanzenzüchtung Ertrag/ Erlös Kosten/ -struktur Nachhaltigkeit Qualität ! Steigerung der Erträge / Optimierung der Ertragskomponenten; ! Input-Traits ! Resistenzen ! Output-Traits Selektion der besten Allele und Genkombinationen ! Anpassung an sich wandelnde Produktionssysteme Historisch: Monogermes ZRSaatgut Gegenwart: Herbizidtoleranz … ! Zukunft: N-Effizienz Wasser-Effizienz Salztoleranz … ! Klimaanpassung Food: Proteine, Enzyme, Vitamine, Mineralien, Nahrungsmitteleigenschaften (z.B. Back-/Verarbeitungsqualität, Gluten-frei) ! Neue Nutzungsformen (aktuell: Non-Food: NaWaRo‘s, PHB, ind. Ausgangsstoffe … ! genetische Ressourcen (Dürre, Temperatur etc., aber auch z.B. Reifegruppe Mais) Biodiesel, Bioethanol E95, BTL) Die Züchtung der Zukunft ! Gezielte Nutzung genetischer Ressourcen (nicht-transgen; smart breeding) ! Neue genetische Ressourcen (transgen) SUGARBEETS ! Stoffwechsel / funktionelle Verbesserungen (transgen und nicht-transgen) ! Gezielte Ausrichtung auf aktuelle landwirtschaftliche Produktion, neue Produkte und neue Märkte (z.B. Energie) ! Hochgradig vernetzte Forschung und Entwicklung >> weiter Risiko: Globalisierte und immer aufw ändigere F&E fführt ührt aufwändigere üüber ber Kostendruck zur Einschr änkung auf wenige Kulturarten Einschränkung ! Gezielte Nutzung genetischer Ressourcen (nicht-transgen) Smart Breeding Erhöhung der genetischen Variabilität durch Ertragsgene aus Wildarten Einzelne Gene fü für Pigmentgehalt und Fruchtgröß e aus TomatenTomaten-Wildarten Fruchtgröße A B Gen aus grünen Früchten erhöht die Rotfärbung von Kulturtomaten Fruchtspezifische Invertase ein SinkSink-Gen (aus einer TomatenTomaten-Wildart) erhö erhöht den Zucker/TSZucker/TS-Gehalt. C Gen aus kleinen Früchten erhöht die Fruchtgröße von Kulturtomaten + ~10 % Fruchtgröße durch Wildart-Gen Tanksley & McCouch Science 1997 (A) Wild tomato species L. hirsutum from Peru that produces small, inedible fruit that does not turn red upon ripening. Fridman et al. PNAS 2000; Science 2004 LIN5 (Brix9-2-5) expression in the conductive tissues of the developing tomato fruit. In situ localization of LIN5 transcripts in a longitudinal section of an ovary at anthesis showing expression mainly in the conductive tissues within the placenta that lead to the developing seeds as well as the surrounding pericarp. (B) (Left) Fruit from modern processing tomato cultivar E6203. (Right) Fruit from nearly isogenic line (NIL) into which QTL for increased red pigment has been transferred from L. hirsutum by the advanced backcross QTL method (17). (C) (Top left) Fruit from L. pimpinellifolium from Peru that produces small berries typical of most fruit-bearing wild species. (Top right) Fruit from modern processing tomato cultivar E6203. (Bottom center) Fruit from NIL into which QTL for increased fruit size has been transferred from L. pimpinellifolium by the advanced backcross QTL method. Fruit of this NIL are significantly larger (~10%) than the original E6203 variety (19). << zurück ! Stoffwechsel / funktionelle Verbesserungen (transgen und nicht-transgen) Transgener Reis Überexpression eines Transkriptionsfaktors (aus Reis) verbessert die Trockenheitstoleranz durch verstärktes Wachstum der lateralen Wurzeln Fig. 4. Improved drought resistance and salt tolerance of SNAC1-overexpressing transgenic rice at vegetative stage. (a and b) Recovery of the SNAC1-overexpressing seedlings after drought stress. a; 12 days of water-withholding at four leaf stage followed by 1 week of watering) or salt stress b; 200 mM NaCl for 12 days Survival rate is indicated below, and the values are based on three repeats (Table 3). CK, WT; SR, survival rate. (c) Fresh weight of hydroponic cultured transgenic seedlings measured during the recovery period of 0, 7, and 14 days after 5 days stress with 100 mM NaCl in the nutrient solution. Values are the means SD (n10). (d) Fresh weight of calli (starting with 0.1 g of callus with same size) grown in MS medium with 100mM NaCl for 15 days. Values are the means SD (n 10). Hu et al. PNAS 2006 << zurück ! Gezielte Ausrichtung auf aktuelle landwirtschaftliche Produktion, neue Produkte und neue Märkte (z.B. Energie) … von Modellpflanzen lernen … He & Amasino TIPS 2005 A 295-bp cis-regulatory region in the first intron of FLC mediates histone deacetylation of FLC locus. Deletion of this region prevents deacetylation of FLC chromatin and upregulates FLC expression [15], thus causing extremely late flowering (as found in the plant on the right). On the left is an flc plant transformed with a wild-type FLC transgene (i.e. without the 295-bp deletion), and this transgene is repressed, similar to the native FLC, by FLD, FVE and other autonomous regulators. He & Amasino TIPS 2005 << zurück Ber. Zuckergehalt rel. Mit moderner Pflanzenzüchtung die Sterne vom Himmel holen! Rübenertrag rel. Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!