Optimizing the development of seed-parent lines in hybrid rye breeding

Abstract

In hybrid rye breeding, seed-parent and pollinator lines are developed from two divergent gene pools. Line development comprises selection for line performance per se followed by selection for combining ability to the opposite gene pool. Cytoplasmic-genic male sterility (CMS) is employed as hybridizing mechanism. This study deals with model calculations aiming to optimize and compare alternative schemes of seed-parent line development in hybrid rye breeding on the basis of their expected selection gain per year in an index comprising the most important breeding objectives. Prediction of selection gains rests on current estimates of quantitative-genetic and economic parameters. The schemes are optimized for the number of candidates, testers to assess testcross performance, test locations, and replicates at the individual selection stages. Optimization is carried out assuming a fixed annual budget. Five schemes are investigated which differ in the basic genetic material assumed, in the type of test units and the number of selection stages for line and testcross selection, and in the length. The standard scheme employs second cycle material. First, S2-lines are evaluated per se. Selection for combining ability is then carried out at two stages employing testcross progenies of the CMS analogues of the candidate lines in backcross generations BC1 resp. BC2. The first alternative scheme employs an additional stage of BC1L-testcross selection. Another scheme is suited for developing seed-parent lines from broader-based population material. In addition to these 'conventional' methods, a scheme using doubled haploid lines is investigated as well as a scheme in which testcross progenies are produced by means of a gametocide instead of CMS. The optimum dimensioning and relative efficiency of the schemes is investigated for various genetical and economical situations.

In der Hybridroggenzüchtung werden Saat- und Pollenelterlinien aus zwei divergenten Formenkreisen entwickelt. Zunächst wird auf Linieneigenleistung selektiert, anschließend auf Kombinationsfähigkeit zum anderen Formenkreis. Hybridmechanismus ist die cytoplasmatisch-genische männliche Sterilität (CMS). Thema der Arbeit sind Modellrechnungen zur Optimierung und Bewertung alternativer Schemata der Saatelterlinienentwicklung in der Hybridroggenzüchtung anhand ihres erwarteten Selektionsgewinns pro Jahr in einem die wichtigsten Zuchtziele umfassenden Selektionsindex. Die Vorhersage der Selektionsgewinne basiert auf aktuellen Schätzwerten quantitativ-genetischer und ökonomischer Parameter. Ermittelt wird die optimale Anzahl der Kandidaten, der Tester zur Erstellung der Testkreuzungen, der Prüforte und der Wiederholungen auf allen Selektionsstufen. Die Optimierung erfolgt unter der Restriktion eines begrenzten Jahresbudgets. Untersucht werden fünf Schemata, die sich bzgl. des Ausgangsmaterials, der Art der Testeinheiten, der Anzahl der Selektionsstufen und der Dauer unterscheiden. Als Standard dient ein Second-Cycle-Schema, in dem zuerst die Eigenleistung von S2-Linien geprüft wird. Die Selektion auf Kombinationsfähigkeit erfolgt dann in zwei Stufen an Testkreuzungen der CMS-Analogformen der Kandidaten in Rückkreuzungsgeneration BC1 bzw. BC2. Das erste alternative Schema beinhaltet eine zusätzliche Stufe der BC1L-Testkreuzungsselektion. Ein weiteres Schema ist geeignet zur Entwicklung von Saatelterlinien aus genetisch breiterem Populationsmaterial. Darüberhinaus wurde die Verwendung von doppelhaploiden Linien untersucht sowie ein Schema, in dem Testkreuzungen mit Hilfe eines Gametozids anstelle der CMS erstellt werden. Untersucht werden die optimale Dimensionierung und relative Vorzüglichkeit der Schemata für verschiedene genetische und ökonomische Situationen. Zusätzliche praxisrelevante Kriterien werden diskutiert und Empfehlungen für die Züchtu