Marker-assisted identification of oilseed rape volunteers in oilseed rape (<em>Brassica napus</em> L.) fields

Abstract

Seed losses of oilseed rape (OSR) occur before and during harvest. Seeds can persist in soils for several years and often appear as volunteers in successive crops. Oilseed rape volunteers (OSRV) can harm the product quality if they emerge in subsequent OSR crops differing in fatty acid profile or other quality traits.

Several factors can affect volunteer abundance. Important factors identified under controlled conditions are OSR post-harvest management (stubble tillage) and OSR variety selection in terms of the genotypic secondary dormancy potential.

In the growing seasons 2009/10 and 2010/11, OSR volunteer abundance was surveyed on agricultural OSR fields in Germany. The main objective was to assess factors affecting volunteer abundance under on-farm conditions by a prediction model. Volunteer numbers were determined by two different approaches: 1. Cultivation of a semi-dwarf hybrid OSR variety, and 2. Survey of OSR volunteers between wide rows in OSR crops. Data analysis taking into account farmers´ questionnaires revealed that the factor “variety selection” was not feasible for the prediction model. As an alternative approach to assess the impact of variety selection on volunteer abundance, the genotypic origin of volunteers was investigated by DNA fingerprints using ISSR (Inter Simple Sequence Repeat)-PCR. Molecular marker analysis confirmed that OSR volunteers were to a large extent identified correctly. In four of seven selected fields, plants could be assigned to open pollinating varieties cultivated previously. In two of these fields, a high dormancy (HD) variety was found to account for a large proportion of the volunteers. In contrast, low dormancy varieties appeared only rarely as volunteers. Hybrid varieties could never be identified, due to genetic segregation in the F2 generation. Taken together, the results indicate that HD varieties substantially contribute to high OSR volunteer abundance in agricultural fields, although more data are needed to confirm this.

Keywords: Brassica napus, ISSR-PCR, secondary dormancy, seed persistence, volunteers, winter oilseed rape

Marker-vermittelte Identifizierung von Durchwuchsraps in Rapsfeldern

Samenverluste entstehen bei Winterraps vor und während der Ernte. Die Samen können im Boden für Jahre überdauern und erscheinen oft als Durchwuchsraps in Folgekulturen. Durchwuchsraps gentechnisch veränderter Sorten kann die Produktqualität schmälern, wenn er in nachfolgend angebautem Raps mit verändertem Fettsäuremuster oder anderen speziellen Qualitätsmerkmalen auftritt. 

Mehrere Faktoren können die Abundanz von Durchwuchsraps beeinflussen. Wichtige Einflussfaktoren, die unter kontrollierten Bedingungen festgestellt wurden, sind die Stoppelbearbeitung nach der Rapsernte und die Rapssortenwahl auf Grund der genotypisch beeinflussten sekundären Dormanz.

In den Anbaujahren 2009/10 und 2010/11 wurde auf Rapsfeldern in Deutschland das Auftreten von Durchwuchsraps untersucht. Hauptziel war es, Ergebnisse aus vorherigen Studien durch ein Prognosemodell für Durchwuchsraps unter Praxisbedingungen zu bestätigen. Die Abundanz von Durchwuchsraps wurde mit zwei Methoden ermittelt: 1. Aussaat einer Halbzwerg-Hybridrapssorte, und 2. Erhebung von Durchwuchsraps in Rapsfeldern mit großen Saatreihenabständen. In der statistischen Auswertung unter Einbeziehung der von den Landwirten erhaltenen Informationen erwies sich der Faktor „Rapssortenwahl“ jedoch auf Grund der Vielzahl der nacheinander angebauten Sorten als unbrauchbar. Alternativ wurde daher die Sortenherkunft von Durchwuchsrapspflanzen mit Hilfe von genetischen Fingerabdrücken unter Verwendung der ISSR (Inter Simple Sequence Repeat)-PCR untersucht, um auf diese Weise eine Beziehung zwischen der Rapssortenwahl und der Abundanz von Durchwuchsraps zu prüfen. Der Einsatz der molekularen Marker zeigte, dass die Durchwuchspflanzen bei der Felderhebung weitgehend korrekt erfasst wurden. Auf vier von sieben ausgewählten Feldern konnten die Pflanzen Liniensorten zugeordnet werden, die in den vorangegangenen Jahren angebaut worden waren. Auf zwei dieser Felder machte eine hoch dormante (HD) Liniensorte den Großteil des Durchwuchses aus. Im Gegensatz trugen gering dormante Sorten kaum zum Raps-Durchwuchs bei. Hybridsorten konnten auf Grund der genetischen Aufspaltung in der F2-Generation in keinem Fall identifiziert werden. Zusammengefasst weisen die Ergebnisse darauf hin, dass HD-Sorten wesentlich zur Abundanz von Durchwuchsraps auf landwirtschaftlichen Flächen beitragen, auch wenn dies noch durch zusätzliche Daten bestätigt werden muss.

Stichwörter: Brassica napus, Durchwuchsraps, ISSR-PCR, Samenüberdauerung, sekundäre Dormanz, Winterraps