Klimaangepasste Kartoffeln: Mechanismen und Markers für die Entwicklung Wärme-toleranter Ideotypen

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Dr. Christian W. B. Bachem; Professorin Dr. Salomé Prat; Professor Dr. Uwe Sonnewald; Privatdozentin Dr. Sophia Sonnewald; Dr. Mark Taylor; Professorin Dr. Lesley Torrance
• Fachliche Zuordnung: Pflanzenzüchtung, Pflanzenpathologie ; Pflanzenphysiologie
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 243302785

Die Kartoffel ist nach Reis und Weizen die drittwichtigste Kulturpflanze der Welt. Wegen des weitverbreiteten Anbaus und hoher Erträge wird sie als wichtige Kulturpflanze angesehen, um den steigenden Lebensmittelbedarf einer wachsenden Weltbevölkerung zu sichern. Problematisch ist, dass ihr Knollenertrag bei erhöhten Temperaturen abnimmt. Erhöhte Temperaturen wirken sich negativ auf den gesamten Lebenszyklus der Kartoffelknolle aus. Dies betrifft die Knolleninduktion, den Knollenertrag, ihre Lagerfähigkeit und die Fitness von Saatkartoffeln. In Anbetracht der zu erwartenden globalen Erwärmung besteht somit ein dringender Bedarf neue Hitzestress-tolerante Sorten zu züchten, um einen nachhaltigen Anstieg der Produktion zu gewährleisten.In dem vorgeschlagenen Projekt sollen systembiologische Ansätze mit physiologischen und genetischen Ansätzen kombiniert werden. Hierbei soll durch Ausnutzung der natürlichen Variation bzw. transgener Ansätze der Einfluss von erhöhten Temperaturen auf (i) die sink- source -Wechselwirkung, (ii) die Knollenentwicklung, (iii) die Akkumulation von Stärke und die Qualität von Kartoffelknollen, sowie (iv) die Knollendormanz untersucht werden. Um dies zu erreichen werden sowohl gezielte als auch ungerichtete Ansätze verfolgt. Letztere umfassen die Aufdeckung phänotypischer, biochemischer und molekularer Antworten auf veränderte Umweltbedingungen in ausgewählten Genotypen (verschiedene diploide Populationen, tetraploide Varietäten und transgenen Pflanzen). Dabei werden erhöhte und normale Umgebungstemperaturen mit verschiedenen Lichtlängen und Lichtintensitäten kombiniert. Der Einfluss dieser Umweltparameter auf Assimilatverteilung, Knollenentwicklung, -ertrag, -qualität und -dormanz wird dokumentiert und vergleichend analysiert. Der genetische Ansatz hat zum Ziel, Polymorphismen in Kandidatengenen diploider Populationen aufzudecken, die eine unterschiedliche Temperaturantwort zeigen. Dies wird zur Identifizierung von Genen und allelischen Variationen führen, die Hitzetoleranz verleihen. Der gerichtete Ansatz beruht auf jüngsten Erkenntnissen der Antragsteller, dass die zwei Schlüsselregulatoren (StCDF-V und StSP6A) eine essentielle Rolle bei der Initiierung der Knollenbildung spielen. Weitere Arbeiten legen nahe, dass die Überexpression von StSP6A in transgenen Kartoffelpflanzen zu einer verbesserten Toleranz gegenüber erhöhten Temperaturen führt. Daher soll die Rolle dieser beiden Regulatoren detailliert untersucht und Schüsselkomponenten des(r) Signalweg(s) identifiziert werden. Darüber hinaus soll der Einfluss von Phytohormonen, die die Entwicklung von Kartoffelknollen maßgeblich steuern, auf die Ausprägung von Hitzetoleranz untersucht werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Großbritannien, Niederlande, Peru, Spanien
• Beteiligte Institution: Averis Seeds B.V.; Breeding Station Karna; C. Meijer B.V.; HZPC Holland B.V.; Research & Development; International Potato Center; KWS POTATO B.V.; SaKa Pflanzenzucht GmbH & Co KG ; Zuchtstation Windeby
• Beteiligte Person: Dr. Paolo Donini