Kartierung des Genoms von Cucurbita pepo L.

Der Kürbisanbau (Cucurbita pepo L.) in Österreich hat eine lange Tradition, und heute eine wachsende ökonomische Bedeutung. Kürbiskerne haben einen hohen ernährungsphysiologischen und pharmazeutischen Wert, und stellen eine signifikante Einnahmequelle für mehr als 10.000 Landwirte dar. Die züchterische Weiterentwicklung des steirischen Ölkürbis, insbesondere hinsichtlich Virusresistenz, ist ein vorrangiges Ziel. C. pepo ist allerdings auch eine, mit molekularen Techniken, am wenigsten bearbeitete Pflanze unter den Cucurbitaceaen. Moderne Pflanzenzüchtung bedient sich jedoch zunehmend aus Ergebnissen der Molekulargenetik, wie genetische Karten und molekulare Markern. Aus diesem Grund setzte sich dieser Projektantrag die folgenden zwei Ziele: (1) Eine molekulare Karte des Ölkürbis wird entwickelt, hauptsächlich mit AFLP Markern anhand einer F2 Population. Diese wurde aus der Kreuzung zwischen einem Zucchini Genotyp und einer steirischen Ölkürbis Zuchtlinie entwickelt. Zusätzlich zu den AFLP Markern, werden 200 SSR Marker, die in anderen Forschungslaboratorien für Melone und Gurke entwickelt wurden, an den Kreuzungseltern getestet, und jene die Polymorphismus zeigen, ebenfalls kartiert. Sie repräsentieren sogenannte "anchored marker" für ein Marker Gerüst, welches von der Kartierungspopulation unabhängig ist. Mit dem gleichen Ziel werden einige selektierte und kartierte RAPD Marker, durch Primerverlängerung (ERPAR) in zuverlässigere PCR-Marker umgewandelt. Eine genetische Karte ist der Ausgangspunkt für die Kartierung agronomisch wichtiger Eigenschaften, wie Samentyp, Wachstumstyp, Resistenzen, Ölgehalt. Die unmittelbarste Anwendung der Karte wird die Lokalisierung von molekularen Markern sein, die mit Resistenzgenen gegen Zucchini Gelbmosaikvirus gekoppelt sind, nachdem der Zucchini Kreuzungspartner über solche Resistenzgene verfügt. Andere Marker und Merkmal Assoziationen können die Selektion auf spezifische Allele erleichtern und die Züchtung effizienter gestalten. (2) Mit Hilfe von RAPD Markern wird eine "bulked segregant analysis" durchgeführt, um Marker zu identifizieren, die mit dem Merkmal Weichschaligkeit des steirischen Ölkürbis gekoppelt sind. Ziel ist, den Ursprung und die Vererbung der Eigenschaft der Weichschaligkeit aufzuklären. Für diesen Zweck haben wir bereits weltweit 60 weichschalige, halbweichschalige und hartschalige Ölkürbise gesammelt.

Der Kürbis, aus der Familie der Cucurbitaceae, ist eine von der Wissenschaft vernachlässigte Pflanze. Besonders deutlich wurde dies, als im Jahre 1997 eine Virusepidemie die Hälfte der Kürbisernte vernichtete. Wie sich herausstellte, hatte der Ölkürbis, Cucurbita pepo var. styriaca, keinen genetischen Schutz (Resistenz) gegen das Virus. Allerdings findet der Ölkürbis in Österreich wegen seinem kulinarischen, ernährungsphysiologischen und medizinischen Wert, eine wachsende Beachtung, und ist dadruch eine wichtige Einnahmequelle für mehrere tausend Bauernfamilien geworden. Diese Entwicklung ist auch an der dramatischen Zunahme der Kürbisanbaufläche der letzten 10 Jahre abzulesen. Darüber hinaus ist der Ölkürbis freilich Teil des österreichischen kulturellen Erbes. Das Projekt: P15773-B14, finanziell vom Wissenschaftsfonds gefördert, erbrachte drei wichtige Ergebnisse: (1) Es gibt heute kaum noch eine Pflanzenart ohne eine genetische Karte, der Kürbis ist einer dieser wenigen Arten. Wir haben die erste umfassende genetische Karte von Cucurbita pepo L. (2n=40) erstellt. Diese Karte erlaubt einen ersten Einblick in die Struktur des Kürbisgenoms. Genetische Karten haben viele theoretische und praktische Anwendungen, bis hin zur Isolierung einzelner Gene. Eine unmittelbare Nutzung von Markern, welche etwa nahe eines Resistenzgens kartiert werden, können in einem Züchtungsprogramm als Selektionshilfe eingesetzt werden. (2) Die auffälligste Eigenschaft des steirischen Ölkürbis ist die Schalenlosigkeit der Samen. Wir fanden und kartierten mehrere Marker, die eng mit dem für die Schalenlosigkeit verantwortlichen Gen gekoppelt sind. In einem Rückkreuzungsprogramm, etwa bei der Einführung von Resistenzgenen aus nicht nahe verwandten Quellen in eine Kultursorte, werden solche molekulare Marker die Anwesenheit eines nicht exprimierten Gens (rezessiv), wie die Schalenlosigkeit, zeigen, und für den Züchter die gleichzeitige Selektion auf Resistenz und Schalenlosigkeit erleichtern. Darüber hinaus, obwohl sie einfach erscheint, ist die Genetik der Schalenlosigkeit noch nicht restlos geklärt. An sich schalenlose Samen, die aus schalenlos x beschalten Kreuzungen hervorgehen, zeigen eine Restlignifizierung. Die genetische Kontrolle dieser Restlignifizierung wird in der Literatur kontroversiell diskutiert. (3) Wir haben an mehreren Kreuzungsnachkommenschaften umfangreiche Spaltungsanalysen und histologische Untersuchungen der Samenschale (Testa) durchgeführt. Von den erhaltenen Daten konnten wir nicht auf eine bestimmte Zahl von Genen schließen, die eine Mendel-Spaltung zeigen, und welche für die Restlignifizierung hätten verantwortlich gemacht werden können. Vielmehr erscheint uns der Grund für diese Restlignifizierung auf der Ebene der Genregulation zu liegen.