03.11.2010

Forschung Projekte

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Sorten mit geschlossener Blüte - eine sinnvolle Strategie zur Begrenzung der Pollenausbreitung bei Raps?

(2008 – 2011) Julius-Kühn-Institut (JKI), Bundesforschungsinstitut für Kulturpflanzen, Institut für Sicherheit in der Gentechnik bei Pflanzen, Quedlingburg

Thema

Pflanzen, die sich innerhalb der geschlossenen Blüte selbst bestäuben und befruchten, werden als kleistogam bezeichnet. Französischen Wissenschaftlern ist es nun gelungen, bei Raps durch gezielte Mutationen Kleistogamie hervorzurufen.

Seit kurzer Zeit wird das Phänomen Kleistogamie im Hinblick darauf erforscht, es bei transgenem Raps für ein biologisches Confinement einzusetzen. Ein Gentransfer zu benachbarten Pflanzen über Pollen könnte auf diese Weise begrenzt werden.

Generell ist diese Eigenschaft jedoch im Hinblick auf die Rückverfolgbarkeit und die getrennte Produktion von Erntegut verschiedener Herkünfte und Qualitäten (identity preservation) auch für konventionelle Sorten von Interesse.

Folgende Fragestellungen werden untersucht:

• Welches Auskreuzungsverhalten zeigen kleistogame Rapslinien im praxisnahen Anbau?
• Unterscheiden sich kleistogame Linien in ihrer Überdauerungsneigung (sekundäre Dormanz) von konventionellen Hochertragssorten?
• Inwiefern ist eine züchterische Umsetzung einer Kombination der beiden Confinement-Ansätze Kleistogamie und niedrige sekundäre Dormanz möglich?

Das Projekt ist Teil des Verbundprojektes „Entwicklung und Überprüfung von Confinement-Strategien für Raps.“ Zwischen den Verbundpartnern Universität Hohenheim, Universität Göttingen und dem Julius-Kühn-Institut (JKI) finden Kooperationen auf Ebene der Laboranalytik, der Nutzung von Versuchsflächen und des Datenaustausches für Modellierungen statt.

Versuchsbeschreibung

Entwicklung einer Methode zur Erfassung der Auskreuzung kleistogamer Sorten

Ein geeignetes PCR-Verfahren zur quantitativen Bestimmung der Auskreuzung kleistogamer Sorten in konventionelle nicht-kleistogame Sorten soll entwickelt werden. Da nur wenige genetische Details über das Kleistogamie-Gen in den verwendeten Rapslinien vorliegt, müssen stattdessen molekulare Marker identifiziert werden, anhand derer die Einkreuzung aus einem kleistogamen Rapsschlag in einen Empfängerschlag erkannt und quantifiziert werden kann.

Auskreuzung kleistogamer Sorten im Feld

In Ringversuchen an mehreren Orten wird der Grad einer Einkreuzung kleistogamer Sorten in Empfänger-Rapssorten ermittelt. Dabei wird der Frage nachgegangen, welcher Abstand zwischen einem kleistogamen und einem nicht-kleistogamen Rapsschlag eingehalten werden muss, um einen bestimmten Schwellenwert der Auskreuzung nicht zu überschreiten. Zu diesem Zweck wird ein 0,25 Hektar großes Feld mit kleistogamem Raps als Pollenquelle (Donor) angebaut. In Windrichtung schließt sich der Pollenempfänger (Rezipient), ein 0,25 Hektar großer nicht-kleistogamer Rapsschlag an. In verschiedenen Entfernungen vom Donorschlag werden Rapspflanzen zur Blühperiode bonitiert und zur Ernte Proben genommen.

Sekundäre Dormanz bei Samen kleistogamer Sorten

Im Labor- und Feldexperimenten wird der Frage nachgegangen, ob bezüglich der Ausprägung der sekundären Dormanz Unterschiede zwischen den konventionellen Hochertragssorten und der kleistogamen Linie vorliegen. Die Untersuchungen (Labor- und Vergrabungsexperimente) werden am frischen Erntegut (Rapssamen) vorgenommen.

Ergebnisse

Feldversuche

Im Sommer 2009 und 2010 wurden die Versuchsflächen beerntet. Dabei wurden aus dem jeweiligen Pollenempfänger (Sorte Marcant) die Haupttriebe offen abgeblühter Rapspflanzen geerntet, um die Samen für die molekularbiologischen Untersuchungen zu gewinnen. Die Einzelpflanzen wurden aus jeweils acht unterschiedlichen Distanzen zum Donorfeld (kleistogamer Raps) geerntet. In der Summe wurden an den jeweiligen Standorten zwischen 112 und 128 Einzelpflanzen geerntet.

Identifizierung molekularer Marker

In einem weiteren Schritt wurde damit begonnen, geeignete molekulare Marker zum Nachweis einer Auskreuzung des kleistogamen Gens auf die Sorte Marcant zu identifizieren.

Als Erfolg versprechende Marker bieten sich der Erucasäuregehalt und das Kleistogamie-Gen an. Der kleistogame Raps und die Linie Marcant unterscheiden sich neben der Eigenschaft der Kleistogamie auch durch ihren Erucasäuregehalt in den Samen. Beim kleistogamen Raps handelt es sich um eine Linie mit niedrigem Erucasäuregehalt (LEAR), Marcant ist dagegen eine Hocherucasäurelinie (HEAR).

Der niedrige Erucasäuregehalt in den kleistogamen Rapssamen wird durch eine Mutation im fae1 (=fatty acid elongation 1)-Gen bedingt. Rapslinien mit unterschiedlichen Erucasäuregehalten weisen daher Unterschiede in ihren fae1-Gensequenzen auf, anhand derer sich molekulare Marker für molekularbiologische Analysen entwickeln lassen müssten. Trotz umfangreicher Arbeiten konnten jedoch bislang keine geeigneten Primer entwickelt werden.

Als ein weiteres potenzielles Markergen bot sich das Kleistogamie-Gen an. Es handelt sich um eine Punktmutation, die zu einem Austausch einer Aminosäure in der Proteinsequenz führt. Anhand der DNA-Sequenz des mutierten Clg-Gens aus kleistogamem Raps wurden Primer entwickelt, mit denen DNA-Sequenzabschnitte des Clg-Gens von Marcant vervielfältigt werden konnten. Auch hier konnte bislang kein ausreichend sensitives Verfahren entwickelt werden.