Landessaatzuchtanstalt

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Prospects of genomic selection for disease resistances in winter wheat (Triticum aestivum L.)
(2019) Grote, Cathérine Pauline; Miedaner, Thomas
Die Ziele dieser Arbeit waren (i) die erstmalige Evaluierung des Effekts des Zwerggens Rht24 auf FHB- und STB-Resistenzen, Wuchshöhe und Ährenschieben im Vergleich zum weit genutzten Locus Rht-D1, (ii) die Untersuchung des Potenzials der nichtadaptierten QTL Fhb1 und Fhb5 für die Entwicklung von Kurzstrohweizen, (iii) die Analyse der Vorhersagegenauigkeit von GS innerhalb und zwischen Familien durch die Anwendung der beiden Modelle RR-BLUP (ridge-regression best linear unbiased prediction) und wRR-BLUP (weighted RR-BLUP) und (iv) die Berechnung des Selektionsgewinns bzw. die Bestimmung der korrekt selektierten Top-10 %-Genotypen für FHB- und STB-Resistenzen durch GS. Die Ergebnisse dieser Studie zeigten, dass das gibberellinsäuresensitive Zwerggen Rht24 auf Chromosom 6 die Wuchshöhe um durchschnittlich 8,96 cm senkte, ohne dabei die FHB- und STB-Resistenzen oder den Zeitpunkt des Ährenschiebens ungünstig zu beeinflussen. Demgegenüber senkte das weitläufig verwendete Allel Rht-D1b die FHB-Resistenz um durchschnittlich 10,05 Prozentpunkte in einer Winterweizenpopulation bestehend aus acht biparentalen Familien, die für diese Resistenzloci segregierten. Diese Arbeit hat zusätzlich aufgezeigt, dass die Resistenzallele von Fhb1 und Fhb5 die FHB-Anfälligkeit um 6,54 bzw. 11,33 Prozentpunkte reduzierten und somit bereits allein das nicht-adaptierte Allel Fhb5b in der Lage ist, den negativen Effekt von Rht-D1b auf die FHB-Resistenz im untersuchten Material auszugleichen. Das verdeutlicht, dass die Wahl der Zwerg- und Resistenzgene in Zuchtprogrammen, in denen FHB-Resistenz ein Selektionsmerkmal ist, von entscheidender Bedeutung ist. In dieser Studie wurde des Weiteren das Potenzial der GS innerhalb und zwischen Familien untersucht. Die Vorhersagegenauigkeiten innerhalb einer Familie waren für alle Zielmerkmale höher als die zwischen Familien und unterschieden sich zwischen den einzelnen Familien und Vorhersagekonstellationen. Die stärkere Gewichtung von signifikanten Markern durch das wRR-BLUP-Modell führte zu einer Verbesserung der Vorhersagegenauigkeit im Vergleich zum weit genutzten RR-BLUP-Modell, wenn einzelne Gene, wie Rht-D1, oder Major-QTL, wie Fhb5, vorhanden waren. In dieser Studie wurden die genomisch geschätzten Zuchtwerte (GEBVs) von 2.500 ungeprüften Genotypen bestimmt, basierend auf einer partiell verwandten Trainingspopulation von 1.120 Genotypen. Die 10 % FHB- und STB-resistentesten Linien und eine zufällige Stichprobe wurden unter Berücksichtigung der Wuchshöhe genomisch selektiert und phänotypisch in einem vierortigen Feldversuch evaluiert. Für die FHB-Resistenz wurde ein Selektionserfolg von 10,62 Prozentpunkten relativ zur zufällig selektierten Populationsstichprobe ermittelt. Die GS erhöhte die STB-Resistenz allerdings nur um 2,14 Prozentpunkte. Auch die Selektion von neuen Kreuzungseltern auf der Basis von GS erscheint nicht ausreichend zuverlässig, da nur 19 % der Top-10 %-Individuen korrekt selektiert wurden. Zusammenfassend stellt die GS ein wertvolles Werkzeug dar, um den Zuchtfortschritt für die komplex vererbte FHB-Resistenz über kürzere Zyklen und größere Populationen zu unterstützen. In Kombination mit der Nutzung geeigneter Zwerggene und des nicht adaptierten QTL Fhb5 kann dadurch eine Steigerung der FHB-Resistenz im Winterweizen erzielt werden.

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