Untersuchungen zur Genetik der Resistenz aus der Wildart Helianthus argophyllus gegen den Falschen Mehltau (Plasmopara halstedii)
Final Report Abstract
Die Sonnenblume (Helianthus annuus L.) ist weltweit eine der wichtigsten Ölpflanzen neben Soja und Raps, wird jedoch von einer Vielzahl von Krankheiten bedroht. Plasmopara halstedii (Farl.) Berl. & de Toni verursacht den Falschen Mehltau und kann hohe Ertragseinbußen auslösen. Die Krankheit wird durch Fungizide und den Anbau resistenter Sorten kontrolliert. Es sind jedoch P. halstedii Rassen bekannt, die Toleranzen gegen die einzig verfügbaren Fungizide Metalaxyl und Mefenoxam ausgebildet haben. Der Resistenzlocus PlARG wurde aus der Wildart H. argophyllus in die Kultursonnenblume eingeführt und ist gegen alle bisher bekannten Rassen wirksam. Genombasierte Züchtung vereinfacht die Einführung und die Pyramidisierung von Resistenzgenen in das Zuchtmaterial. Kenntnisse über die Struktur und Funktionalität der Resistenzgene sind notwendig, um diese effektiv und langfristig nutzen zu können. Um die molekulare Struktur des Resistenzlocus PlARG aufzuklären, wurden verschiedene Ansätze verfolgt. (1) PlARG wurde in der Population (cms)HA342 x ARG1575-2 mit 2.145 F2 Individuen feinkartiert. Cosegregierende Resistenzgenkandidaten (RGC) sowie eng gekoppelte Marker wurden identifiziert. Diese Marker sind geeignet für die markergestützte Selektion von PlARG. Auf der Kopplungsgruppe 1 (LG 1) wurde unterdrückte Rekombination beobachtet, die vermutlich durch lokal eingeschränkte Homologie zwischen H. annuus und H. argophyllus verursacht wurde. (2) Rekombinante Linien wurden mit vier verschiedenen Pilzrassen analysiert, um zu ermitteln, ob es sich bei PlARG um ein Cluster von Resistenzgenen handelt. Es konnten jedoch keine Unterschiede in der Resistenzreaktion gegenüber den verschiedenen Rassen beobachtet werden. Da nur wenige rekombinante Linien getestet werden konnten, kann keine endgültige Aussage darüber getroffen werden, ob ein einzelnes Gen oder ein Cluster von Genen für die Resistenz verantwortlich ist. (3) RGCs, die mit PlARG cosegregieren, wurden zum Sichten der BAC Bibliothek HA383 ausgewählt. Drei Kandidatengene der TIR-NBS-LRR-Klasse wurden auf zwei verschiedenen Contigs identifiziert. Dies legt nahe, dass es sich um einen komplexen Locus mit eng gekoppelten Resistenzgenen handelt. Annotation, RT-PCR und eine Analyse der Kopienzahl im Genom der resistenten Linie ARG1575-2 identifizierten RGC151SW1 als vielversprechenden Kandidaten für PlARG. (4) Der cDNA-AFLP Ansatz identifizierte Unterschiede in der Abwehr von P. halstedii zwischen der anfälligen Linie HA342 und ARG1575-2. Die Methode erwies sich als geeignet, um die Wirt-Pathogen Interaktion zu analysieren, nicht jedoch zur Identifizierung von Kandidatengenen im Bereich von PlARG. (5) In einem Pilotprojekt wurde die bulk segregant analysis von cDNA mit next generation sequencing kombiniert. Mit diesem Ansatz wurden sieben Kandidaten identifiziert, von denen zwei in der Zielregion auf LG 1 kartierten. Diese Gene cosegregierten nicht mit PlARG, können aber als Marker für die Selektion genutzt werden und bestätigen, dass in der Zielregion ein größeres RGC-Cluster vorliegt. Durch einen Marker aus BRBScontig15072 wurde das Zielintervall auf 0,2 cM reduziert. Es konnte erfolgreich gezeigt werden, dass der Ansatz für die Identifizierung von Kandidatengenen und Markern in der Zielregion geeignet ist.
Publications
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(2009). Fine mapping of the downy mildew resistance locus PIARG originating from the wild sunflower H. argophyllus. „Fortschritte in der Krankheitsbekämpfung und Resistenzzüchtung bei Kulturpflanzen“, Fulda, Germany, Dec 07-08.2009
Wieckhorst S
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(2009). High resolution mapping of the PIARG locus mediating resistance against Plasmopara halstedii in sunflower. 8th Plant Genomics European Meeting, Lisbon, Portugal, Oct 7-10, 2009, pp. 89
Wieckhorst S, Dußle CM, Bachlava E, Radwan O, Tang S, Knapp SJ, Schön C-C, Hahn V, Bauer E
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(2010). Fine mapping of the sunflower resistance locus PIARG introduced from the wild species Helianthus argophyllus. Theor Appl Genet 121:1633-1644
Wieckhorst S, Bachlava E, Dußle C, Tang S, Gao W, Saski C, Knapp S, Schön CC, Hahn V, Bauer E
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(2010). Identifying candidate genes for the PIARG resistance locus against Plasmopara halstedii introduced into cultivated sunflower from the wild species Helianthus argophyllus. 10. GPZ Haupttagung, Freising, Germany, March 15-17, 2010, pp. 21
Wieckhorst S, Bachlava E, Seidel M, Mayer KFX, Petzold A, Taudien S, Dußle CM, Tang S, Knapp SJ, Schön C-C, Hahn V, Bauer E
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(2010). Mapping and tagging of simply inherited traits. Springer Verlag; Sunflower Genomics
Hahn V and Wieckhorst S
