Hochauflösende Kartierung der Virusresistenzgene <i>rym11</i> und <i>Ryd3</i> der Gerste (<i>Hordeum vulgare</i> L.)

Abstract

Die durch Barley Yellow Mosaic Virus (BaYMV) und Barley Mild Mosaic Virus (BaMMV) verursachte Gelbmosaikvirose der Gerste und die durch das Barley Yellow Dwarf Virus (BYDV) sowie das Cereal Yellow Dwarf Virus (CYDV) verursachte viröse Gelbverzwergung können bei anfälligen Gerstensorten zu erheblichen Ertragsverlusten führen. Dabei sind für beide Krankheiten chemische Bekämpfungsmaßnahmen weder ökonomisch noch ökologisch sinnvoll, so dass der Anbau toleranter/resistenter Sorten das wirksamste Mittel darstellt, um Ertragsverluste zu vermeiden. Hierfür stehen der Gerstenzüchtung gegenüber beiden Krankheitserregern verschiedene Resistenzgene zur Verfügung, wobei Ryd3 75% der phänotypischen Varianz der Toleranz gegenüber BYDV-PAV und BYDV-MAV erklärt, während rym11 gegen alle europäischen Erreger der Gelbmosaikvirose Resistenz verleiht.
Um sowohl die Struktur der beiden Gene und ihren Resistenzmechanismus aufzuklären, als auch in Zukunft ein zielgerichteteres Einbringen der Resistenzgene in Elitematerial zu gewährleisten, war es Ziel dieser Arbeit die Grundlagen für die Isolierung dieser Gene zu schaffen. Da keine Informationen über das Genprodukt selbst vorlagen, wurde hierfür die Strategie der kartengestützten Genisolierung gewählt. Dabei mussten beide Gene aufgrund ihrer unmittelbaren Nähe zum centromerischen Bereich von Chromosom 4H bzw. 6H möglichst hochauflösend kartiert werden.
Für Ryd3 wurden 3.210 F2 Pflanzen einer Kreuzung des anfälligen Elters `L94 QTL3´ mit dem resistenten Elter `L94´ mit den co-dominanten flankierenden Markern GMS006 und GBM1063 analysiert. Von 31 getesteten öffentlichen Markern kartierten 10 Marker in dem 7,31 cM großen Intervall von GMS006 – GBM1063 und sieben Marker co-segregierten mit Ryd3. Für das auf 2,44 cM eingekürzte Markerintervall GBS0655 - WBE201 zeigten 121 RILs ein Rekombinationsereignis und die phänotypische Analyse der Toleranz (t) versus Anfälligkeit (s) gegenüber BYDV ergab die erwartete 1t:1s Aufspaltung (58r : 63s; Chi²_(1t:1s) = 0,207) eines Hauptgenes.
Ein Sequenzabgleich mit dem Reisgenom identifizierte auf Reischromosom Os02 eine syntäne Region von 19 Mb, und weitere Marker wurden unter Nutzung einer weitgehenden Makrokollinearität zu Reis, Brachypodium und Sorghum aus öffentlichen EST Sequenzen und Sequenzen aus dem Genome Zipper entwickelt. Von 15 informativen Gersten Unigenes co-segregierten U35_02578_540-712 und U35_16315_345-563 mit Ryd3. Ein weiterer co-segregierender Marker konnte mit dem DArT Marker bPb-3722 mittels Bulked Segregant Analysis (BSA) identifiziert werden.
Eine diagnostische Testung der identifizierten Marker auf 33 Genotypen, bestehend aus Ryd2 und Ryd3 Donoren sowie anfälligen Linien zeigte, dass kein einzelner Marker in der Lage ist, zwischen Ryd2 und Ryd3 Donoren zu unterscheiden, dies aber mit einer Kombination der Marker GBMS0107 und GBMS0135 möglich ist. Für rym11 wurden 5.102 F2 Pflanzen einer Kreuzung der anfälligen Sorte `Naturel´ mit dem resistenten Elter `W757/112´ bzw. `W757/612´ mit den co-dominanten flankierenden Markern HVM03 und HVM68 analysiert. Von 82 getesteten öffentlichen Markern kartierten 18 Marker in dem 10,72 cM großen Intervall von HVM03 und HVM68.
Für das auf 1,87 cM eingekürzte Markerintervall GBS0887 - GBS0506 zeigten 100 RILs ein Rekombinationsereignis und die phänotypische Analyse der Resistenz (r) versus Anfälligkeit (s) gegen BaMMV ergab die erwartete 1r:1s Aufspaltung (52r : 48s; Chi²<sub>(1t:1s)</sub> = 0,163).
Eine hochkonservierte Kollinearität mit Reischromosom Os03 konnte für eine Syntänie basierte Markerabsättigung genutzt und nach Verankerung der genetischen Karte von rym11 mit demn Genome Zipper automatisiert werden. Neben der Markerentwicklung aus 17 informativen Unigenes wurden aus Sequenzinformationen aus dem Genome Zipper 70 sequencetaggedsite (STS) Marker entwickelt und die Marker U32_3699A und sel.1167 kartiert. In einem letzten Schritt der Markerabsättigung wurden aus acht informativen Contigs der Gerstensorte `Morex´ Marker abgeleitet, und die Marker C_1030750_B und C_1012894_B grenzten das gentragende Interval auf 0,074 cM ein, während C_205243_B und C_205243_E1f&4730r mit rym11 co-segregierten. Der Polymorphismus des Markers C_205243_E1f&4730r beruht auf einer 1.375 bp großen Deletion, die bei den resistenten Eltern `W757-112´ und `W757-612´ zu einem Funtionsverlust des Gerstengens HvPDIL5-1 führt, damit eine erfolgreiche Infektion mit BaYMV und BaMMV ausschließt und somit Resistenz vermittelt.