Einführung von neuem 1RS in Translokationsweizen

Forschungsprojekt P 13852Einführung von neuem 1RS in TranslokationsweizenTamas LELLEY11.10.1999 Weizensorten, in denen ein halbes Chromosom (der kurze Schenkel des Chromosoms IB) gegen ein halbes Roggenchromosom (den kurzen Schenkel des ersten Roggenchromosoms, IRS) ausgetauscht wurde, werden weltweit angebaut. Man geht davon aus, daß dieser halbe Roggenchromosomenarm neben Resistenzeigenschaften gegen Krankheiten, höhere Ertragsleistung und auch bessere Anpassungsfähigkeit bietet, allerdings -auf Kosten der Qualität (Backqualität). Es konnte nachgewiesen werden, daß dieses halbe Roggenchromosom in den meisten Sorten ursprünglich aus derselben deutschen Weizensorte stammt, die in den 40er Jahren in Salzmünde entstand. Für die Weizenzüchtung wäre es von besonderem Nutzen, wenn die genetische Vielfalt, die in 1RS vieler Roggen- Sorten vorhanden ist, ausgeschöpft werden könnte. Leider kann die Wirkung von 1RS auf den Weizen erst dann beurteilt werden, wenn es gelungen ist, diesen Chromosomenarm in eine Weizensorte zu abertragen und mit isogenem Material (ohne 1RS) zu vergleichen. In dem hier vorgeschlagenen Experiment soll die Übertragung von neuem 1RS vorn Roggen in den Weizen auf zwei Wegen erfolgen: (1) durch homologe Rekombination, unter Verwendung vorhandener 1BL.1RS Translokationssorten und (2) durch Schaffung neuer Translokationen in Weizensorten, die monosom für Chromosomen der homoeologen Gruppe 1 sind. Die Hauptziele des Projektes sind: (1) Schaffung genetischer Variabilität in 1RS, urn die Grenzen der vorhandenen Variabilität in den heutigen Translokationssorten zu überwinden; (2) die große genetische Variabilitat des vorhandenen Genpools der Art Secale cereale anzuzapfen; (3) die beiden Produktionsmethoden hinsichtlich Effizienz bei der Schaffung neuer Variationen Rekombination bzw. Translokation zu vergleichen und (4) erste Prüfungen des Einflusses der induzierten Variationen auf den Phänotyp der Empfängersorte in Bezug auf ihren Wert für die Weizenztichtung durchzuführen.

Weltweit tragen viele Weizensorten in ihrem Genom ein halbes Roggen-Chromosom, mit der Kurzbezeichnung 1RS. Das ursprünglich ganze Roggenchromosom wurde in den 40-er Jahren des vorangegangenen Jahrhunderts unwissentlich in den Weizen eingeführt. Der Nachweis einer spontanen 1B/1R Chromosomensubstitution (das komplette Weizenchromosom 1B wurde gegen das Roggenchromosom 1R ausgetauscht) wurde erst in den 70-er Jahren erbracht. Bald fand man heraus, dass mittlerweile auch eine Translokationsform der beiden Chromosomen existiert, wobei der lange Chromosomenschenkel von 1B und der kurze von 1R als eine 1BL.1RS Translokation bekannt wurde. Auch die Bedeutung dieses Translokationschromosoms für die Weizenzüchtung wurde erkannt, obgleich über den Wert von 1RS in Weizen oft gegensätzliche Meinungen geäußert werden. Ein Zeichen jedoch dafür, dass 1RS dem Weizen Vorteile bietet, ist darin zu erkennen, dass weltweit hunderte von Weizensorten zum Teil bewusst oft jedoch unbewusst mit 1RS gezüchtet wurden und heute noch werden. Problematisch ist, dass die Einführung von 1R in den Weizen ein einmaliges Ereignis war und daher wegen mangelnder Variabilität keine züchterischen Fortschritte in jenen Eigenschaften möglich sind, die von diesem Chromosom bestimmt werden. Das Ziel unseres Projektes war, diesen Zustand zu ändern, indem wir neue genetische Variabilität in das halbe Roggenchromosom einführen wollten, was uns auch gelungen ist. Weiter wollten wir jedoch auch erfahren, wie groß jener Teil des Chromosoms ist, den wir durch Rekombination ausgetauscht haben. Dazu benutzt man heute molekulare Marker, von denen man weiß, wie sie relativ zueinander entlang des Chromosoms verteilt sind. Dieser Teil des Projektes war weniger erfolgreich, weil die vorhandenen molekularen Marker nur einen kleinen Teil am Ende des Chromosoms abdecken, und nur Austauschereignisse in diesem Bereich anzeigten. Daher haben wir uns vorgenommen selber einen neuen Markertyp zu entwickeln, welcher 1RS gleichmäßig abdeckt. Es ist uns gelungen 30 solche molekulare Marker zu bekommen, mit denen überall, entlang des halben Roggenchromosoms, ein Austausch nachgewiesen werden kann. Mit dem Projekt konnten wir beweisen, dass die Einbringung neuer genetischer Variabilität in das halbe Roggenchromosom mit relativ einfachen Mitteln möglich ist. Dafür steht das gesamte Gen-Reservoire des Kultur- aber auch des Wildroggens zu Verfügung. Wir bewiesen, dass mit den für den Roggen neu entwickelten molekularen Markern eine genaue Analyse der Rekombinationsereignisse möglich ist. Diese Marker sind aber auch für weitergehende Studien hinsichtlich genetischer Struktur dieses Getreidechromosoms geeignet, das als Modell in einer polyploiden Pflanze wie Weizen betrachtet werden kann.