Genetic architecture of leaf rust and stripe rust resistance in European wheat

Abstract

Braunrost, verursacht durch Puccinia triticina, und Gelbrost, ausgelöst durch Puccinia striiformis f. sp. tritici, zählen zu den bedeutenden Pilzkrankheiten im Weizen und ihr Auftreten führt weltweit zu Ertragsverlusten. Da ständig neue virulente Rostrassen nachgewiesen werden, zielt die Resistenzzüchtung auf die Erzeugung von Sorten mit langlebiger Resistenz durch die Anreicherung mehrerer Resistenzgene in einem Genotyp ab. Innovative Methoden und die Kombination vielversprechender Werkzeuge sind erforderlich, um neue Resistenzen zu identifizieren und diese über verbesserte Zuchtschemata zu nutzen. In diesem Zusammenhang scheinen die Hybridzüchtung sowie die Selektion basierend auf genotypischen Informationen und automatisierten Phänotypisierungsplattformen für die Verbesserung der Resistenz nützlich zu sein. Im Rahmen dieser Arbeit wurde die genetische Architektur von Braunrost- und Gelbrostresistenz im europäischen Weizen untersucht und der Nutzen innovativer Werkzeuge zur Verbesserung der Rostresistenz bewertet. Unsere Ergebnisse bestätigten das höhere Resistenzniveau von Hybridweizen im Vergleich zu elterlichen Inzuchtlinien, was sich in einem hohen Betrag der Heterosis zum besseren Elter widerspiegelt. Dabei wiesen viele resistenzassoziierte Loci den gewünschten Dominanzgrad auf, welcher eine schnelle Anreicherung von Resistenzgenen durch die Fixierung in einem Elternpool ermöglicht. Aus diesem Grund kann über Hybridzüchtung die Braunrostresistenz im europäischen Weizen erhöht werden. Die Durchführung von markergestützter Selektion (MAS) ist bei der Vorhersage der Braunrostresistenz präziser als genomische Selektion (GS). Daher wird MAS als effiziente Methode zur Steigerung der Braunrostresistenz bei europäischem Hybridweizen empfohlen. Im Gegensatz dazu waren die Ergebnisse für Gelbrostresistenz weniger eindeutig, was eine detaillierte Untersuchung der genetischen Architektur durch die Anwendung einer angepassten Methodik nötig macht. Darüber hinaus zeigte sich die Untersuchung von Blattsegmenten junger Pflanzen, die unter kontrollierten Bedingungen inokuliert und mit einem roboter- und computergestützten Hochdurchsatzsystem phänotypisiert wurden, als eine vielversprechende Methode zur Phänotypisierung. Insgesamt sind die einzelnen Strategien der Hybridzüchtung, der genombasierten Selektion und der modernen Phänotypisierung im Gewächshaus vielversprechend, um die Resistenzzüchtung zu verbessern und ein hohes Maß an Zeitersparnis und Effizienz zu erreichen. Außerdem fördert die erfolgreiche Einführung mehrerer innovativer Hilfsmittel in hohem Maße die Züchtung, welche darauf abzielt multiresistente Sorten zu erzeugen und gleichzeitig die Züchtungseffizienz zu steigern.