Resistenzquellen und Identifikation von QTL für die WDV Resistenz im Weizen-Genpool (Triticum spp.)

Abstract

Das Weizenverzwergungsvirus (WDV) wird durch die Zikade Psammotettix alienus übertragen und kann erhebliche Ertragseinbußen insbesondere in Winterweizen- und Gerstenanbaugebieten verursachen. Viruskrankheiten, die durch Insekten übertragbar sind, werden durch den Klimawandel und die damit einhergehenden wärmeren Temperaturen in den Herbst- und Wintermonaten aufgrund der verlängerten Infektionszeiten, an Bedeutung gewinnen. Als eine der wenigen bisher bekannten Resistenzquellen wird die ungarische Winterweizensorte ‘Mv Vekni’ als partiell resistant gegenüber WDV beschrieben (Benkovics et al. 2010). Um die genetische Basis dieser partiellen Resistenz aufzuklären, wurden zwei F₂ Populationen, die zusammengefasst aus 157 Pflanzen bestanden, aus der Kreuzung zwischen ‘Mv Vekni’ und der anfälligen Sorte ‘Mv Regiment’ im Gewächshausversuch mit virusübertragenden Zikaden inokuliert. Mithilfe der SNP Markerdaten des 15k iSelect Beadchips wurde eine genetische Karte erstellt und eine QTL Analyse durchgeführt. Es wurde ein signifikanter Haupt-QTL auf Chromosom 6A für die Virusextinktion lokalisiert (LOD = 22.6, assoziierte Peakmarker RFL_Contig6053_2072 und Kukri_rep_c95718_868), welcher 38,4 % der phänotypische Varianz erklärt.

Ein Hauptziel dieser Arbeit war es weitere Resistenzquellen mithilfe eines phänotypischen Screenings aufzudecken. Dafür wurden 587 di-, tetra- und hexaploide Weizenakzessionen in Gazezeltversuchen mithilfe WDV übertragender Zikaden künstlich infiziert. In einer genomweiten Assoziationsstudie, welche 250 hexaploide Triticum-Akzessionen aus der Testkollektion umfasste, wurden unter Verwendung der 15k iSelect Markerdaten zur Genotypisierung Assoziationen zwischen Markern und Merkmalen für die WDV Resistenz detektiert. Die Phänotypisierung ergab 19 Akzessionen mit einer durchschnittlich geringeren Infektionsrate als ‘Mv Vekni’, welche die Spezies T. aestivum, T. vavilovii, T. boeoticum, T. macha, Ae. geniculata, Ae. bicornis und Ae. longissima umfassen. Hervorzuheben sind vier hexaploide Weizenakzessionen, davon zwei Triticum vavilovii (TRI 4630, Herkunftsland China; TRI 9632, ehemalige Sowjetunion) und zwei Triticum aestivum Akzessionen (PI 245511, Afghanistan; Sorte ‘Fisht’, Russland), die in dreijährigen Untersuchungen eine durchschnittlich niedrige Anzahl infizierter Pflanzen (4.4-5.7 %) und einen Relativertrag von 46.2-76.8 % im Vergleich zur Kontrolle aufwiesen. In der Assoziationsstudie konnten 47 signifikante Marker-Merkmals Assoziationen (FDR, α < 0.05), die 35 QTL Regionen repräsentieren, für die durch WDV beeinflussten Merkmale relative Pflanzenhöhe auf den Chromosomen 1B, 1D, 2B, 3A, 3B, 4A, 4B, 5A, 6A, 7A, 7B (26 QTLs), relativer Ertrag auf den Chromosomen 1B, 2B, 3A (7 QTLs) und relatives Tausendkorngewicht auf Chromosom 5A (2 QTLs) detektiert werden, welche zwischen 7.0 % und 18.3 % der phänotypischen Varianz erklären.

In dieser Studie konnten genotypische Unterschiede hinsichtlich der Anfälligkeit gegenüber WDV im Weizen-Genpool nachgewiesen werden, welche sich unabhängig von der Ploidiestufe zeigten. Die identifizierten QTL Regionen für partielle WDV Resistenz in hexaploiden Triticum-Akzessionen stellen die Basis zur Entwicklung molekularer Marker für die markergestützte Resistenzzüchtung dar.