Vortragstagung: „Aktuelles in der Maiszüchtung“ 11./12. Juni 2012 in Hohenheim

Organisation:
Prof. Dr. A. E. Melchinger, Hohenheim, und Dr. H. Meßner, Bonn

Unter dem Thema „Aktuelles in der Maiszüchtung“ wurden in diesem Jahr unter der Programmgestaltung von Prof. Dr. A.E. Melchinger zum zweiten Mal aktuelle Entwicklungen in der Maiszüchtung analysiert. Die enge Zusammenarbeit des Deutschen Maiskomitee e.V. (DMK) und der AG Mais der Gesellschaft für Pflanzenzüchtung (GPZ) ermöglichte die gelungene Durchführung der hochkarätig besetzten Tagung mit internationalen Referenten aus Wissenschaft und Industrie am Kompetenzzentrum für Pflanzenzüchtung der Universität Hohenheim.

Rund 80 interessierte Teilnehmer aus dem In- und dem benachbarten Ausland reisten nach Hohenheim um die vier Themenschwerpunkte der aktuellen Forschung in der Maiszüchtung, Genetische und biologische Ressourcen, Kartierung und Erstellung genetischer Karten, sowie Verfahren der genomischen Selektion einschließlich der Vorhersage des Selektionserfolges, zu diskutieren.

Im Namen der Veranstalter hob Prof. Dr. C. C. Schön in ihrem Schlusswort die Bedeutung und Wichtigkeit des Austausches zwischen universitärer und angewandter Züchtungsforschung hervor. Nachdem auch die Auftakttagung 2008 bereits auf sehr gute Besucherresonanz und ein sehr positives Echo gestoßen war, wurde festgehalten, eine weitere Veranstaltung in einem Abstand von drei oder vier Jahren folgen zu lassen. Als Tagungsort könne erneut Hohenheim dienen. Allerdings wolle man künftig die Veranstaltung noch stärker international ausrichten, möglicherweise mit weiteren Partnern und einem wechselnden Tagungsort.

Session 1: Aktuelle Zuchtziele in Mais
Am ersten Tag stand das Thema Aktuelle Zuchtziele in Mais mit sechs Vorträgen auf dem Programm. Den Anfang machte Prof. Dr. J. Holland, North Carolina University, Raleigh (USA). Er referierte über das NAM-Projekt und hob die Vorteile der Assoziationskartierung in NAM-Populationen, wie bekannte Populationsstruktur und hervorragende Kontrolle des genetischen Backgrounds hervor. Allerdings sei im Vergleich zu diversem Kartierungsmaterial mehr LD zu beobachten, was zu einer geringeren Auflösung führen könne. Daher solle in zukünftigen NAM-Populationen noch mehr Wert auf eine hohe Anzahl an diversen Eltern gelegt werden.

Im zweiten Vortrag stellte Prof. Dr. M. Rodehutscord, Universität Hohenheim, die Bedeutung von Mais sowohl in der Milchvieh- als auch in der Schweinehaltung und Geflügelmast dar. Er ging neben den hervorragenden Eigenschaften von Maissilage, wie sehr hohe Energiedichte und hohe Verdaulichkeit, auch auf die Relevanz von Körnermais in der Michviehhaltung ein. Er betonte die zunehmende Verteuerung und vor allem Verknappung von Phosphor. Da eine Fütterung von Tieren ohne ausreichende Phosphorversorgung jedoch zu Mangelerscheinungen führen könne, stelle der Einsatz von Mais mit verringertem Phytatgehalt eine Möglichkeit in der Fütterung dar. Abschließend betonte Herr Rodehutscord, dass die Variation in den Verdauungssystemen der Tiere hohe Anforderungen an Mais stelle und daher „Qualität“ jeweils anders zu definieren und von der Maiszüchtung zu bearbeiten sei.

C. Grieder, Hohenheim, ging in seinem Vortrag auf die zunehmende Bedeutung von Biogasmais und die Konsequenzen für die Maiszüchtung ein. Ein hoher Methanertrag pro ha, der sich aus einem hohen Trockenmassegehalt und einer hohen Methanfermentation ergebe, sei entscheidend für den effizienten Anbau von Biogasmais. Sowohl bei Inzuchtlinien als auch bei Testkreuzungen zeigten Versuche, dass eine hohe Methanausbeute pro Trockenmasse nur gering mit einem hohen Kolbenanteil und somit mit der Zusammensetzung der Pflanzen korreliert sei. Folglich würde ein hoher Methanertrag pro Hektar überwiegend durch eine Erhöhung des Trockenmasseertrages erreicht und es könne daher eine zunehmende Trennung von Biogasmais von Silomais in den Zuchtprogrammen erwartet werden.

Dr. M. Martin, Hohenheim, referierte über die Resistenzzüchtung gegen Fusarium graminearum. Um dieser Krankheit nachhaltig zu begegnen, sei die Maiszüchtung gefragt. Die klassische phänotypische Selektion auf Resistenz ist jedoch besonders durch die aufwändige künstliche Inokulation mit enormen Kosten verbunden. Eine Erhöhung der Selektionseffizienz könne durch Marker-gestützte Selektion von bereits gefundenen QTLs für Fusariumresistenz erreicht werden. Prof. Dr. F. Hochholdinger, Bonn, stellte in seinem Vortrag zur Transkriptom-komplexizität in Mais heraus, dass der molekulare Mechanismus, der zur Manifestation von Heterosis führe nur zu einem geringen Anteil verstanden sei. Allerdings konnte in Transkriptomversuchen an den beiden Elterlinien B73 und Mo17 und der resultierenden Hybride gezeigt werden, dass Heterosis nicht nur in den spät im Entwicklungsstadium erscheinenden Merkmalen wie Pflanzengröße und Ertrag, sondern bereits in den jungen Wurzelsystemen zu beobachten sei. Unterschiede im Niveau der Genexpression sowohl zwischen den Eltern als auch der Hybride würden des Weiteren einen Hinweis auf Interaktionen von regulatorischen Faktoren in den elterlichen Genomen geben.

Im letzten Vortrag der ersten Session berichtete Dr. M. Geilfus, Kiel, über die Forschung zur Salzsensitivität von Mais, die zu starken Wachstumsreduktionen führe. Um die Grundlagen der Salzresistenz von einigen Genotypen im Vergleich zu sensitiven Genotypen zu erforschen, wurde das Vorkommen von wachstumsinduzierenden Stoffen wie β–Expansin untersucht. Es konnte gezeigt werden, dass β-Expansin in sensitiven Genotypen mit reduziertem Blätterwuchs in verringerter Konzentration vorlag. Die Zugabe eines in E.coli produzierten Proteins, das auch in toleranten Genotypen vorkommt, verbesserte das Wachstum der sensitiven Pflanzen.

Session 2: Genetische und biologische Ressourcen bei Mais
Am zweiten Tagungstag wurde zunächst die Nutzung und Untersuchung der Genetischen Ressourcen bei Mais anhand neuer Methoden vorgestellt. Dr. A. Charcosset, Frankreich, stellte die Europäischen NAM-Populationen vor, die im Rahmen des CORNFED Projektes erstellt wurden. Diese sollen die gesamte Diversität des Europäischen Maises abdecken und es ermöglichen, die genetische Architektur wichtiger Merkmale in den Europaischen Dent-und Flint-Populationen zu untersuchen.

Dr. M. Ouzunova, KWS SAAT AG Einbeck, gab einen Überblick über die rasante Entwicklung im Bereich der genomischen Analyse. Mit den neuen Technologien wie hochdichte SNP Chips und Hochdurchsatz-Sequenzierung erhöhe sich die Informationsdichte für die marker-gestützte Selektion, womit neue Herausforderungen entstehen würden. Die Bioinformatik sei stark gefordert, um aus der Flut an Daten die für den Züchter relevanten Informationen bezüglich genetischer Diversität, gewünschter QTLs sowie geschätzter Leistung der Hybriden zu liefern und somit den Zuchtfortschritt weiter zu erhöhen.

Im Vortrag von A. Strigens, Hohenheim, wurde der Einsatz des hochdichten SNP Chips in doppelhaploiden Linien aus Europäischen Landsorten vorgestellt. Die breite phänotypische Variation in den DH Linien veranschaulichte die Wichtigkeit dieser genetischen Ressourcen um modernes Zuchtmaterial weiter zu entwickeln. Zwar waren die Erträge dieser Linien im Schnitt gering, doch einzelne Linien lagen auf dem Niveau von modernem Material und wiesen zusätzlich eine ausgeprägte Kühletoleranz auf.

Session 3: Kartierung und Genetische Karten bei Mais
Der dritte Vortragsblock beschäftigte sich mit der Erstellung von genetischen Karten bei Mais. Dr. E. Bauer, Freising, berichtete über das CORNFED-Projekt, dessen Ziel unter anderem die Identifizierung von Regionen im Maisgenom mit Einfluss auf wichtige Merkmale wie Biomasseproduktion und Blühzeitpunkt sei. Als Basis für die Untersuchungen wurden mehr als 2000 DH-Linien aus europäischen Flint- und Dent-Populationen mit dem MaizeSNP50 Chip genotypisiert. Die Untersuchung von Rekombinationsraten anhand von hoch-dichten genetischen Karten auf Einzelpopulationsebene und anhand einer Consensusmap zeigte, dass es Regionen mit „Rekombinations-hot-spots“ gibt. Hochdichte genetische Karten würden auch den Vergleich von intakten elterlichen Fragmenten nach der Rekombination zwischen den Flint- und Dentpopulationen erlauben.

Hoch-dichte genetische Karten, die für vier bi-parentale DH-Populationen erstellt wurden, sind auch der Ausgangspunkt der Forschung von M. Stange, Hohenheim. Es wurde deutlich, dass eine hohe Variation in den Rekombinationsraten innerhalb von Chromosomen zu beobachten ist. Der Vergleich der Rekombinationsmuster zwischen den Populationen zeigte zum einen vergleichbare, zum anderen aber auch stark abweichende Trends, die auf die unterschiedlichen Populationseltern zurückzuführen seien.

Dr. C. Lebreton, Limagrain Europe, Frankreich, gab in seinem Vortrag einen Überblick über die Anwendung von genomweiten Ansätzen in kommerziellem Züchtungsmaterial. Er berichtete über den Nutzen aber auch die Grenzen von Linien-Panels gegenüber bi-parentalen Populationen zum Schätzen von Markereffekten für oligogene- und polygene Merkmale in der Marker-gestützten Selektion. Es zeigte sich, dass Linien-Panels gut für oligogene Merkmale geeignet seien, während für polygene Merkmale, wie Ertrag, relevante Modelle auf Basis von bi-parentalen oder diallelen Populationen basieren sollten.

Session 4: Genomische Selektion und Vorhersage in der Maiszüchtung
Im letzten Vortragsblock wurden neue Ansätze zur genomischen Selektion und Vorhersage in der Maiszüchtung diskutiert. Den Anfang machte Prof. Dr. C.C. Schön, Freising. Um genetische Werte auf Basis der genomweiten molekularen Markerdaten vorherzusagen, stellte sie statistische Modelle vor, die in der Vorhersage der Testkreuzungsleistung von Maispopulationen eingesetzt wurden. Die Vorhersagefähigkeit war hoch, wenn die Verbindung zwischen Trainings- und Validierungsset in die Crossvalidierungsschemata einging. Die Korrelationen zwischen vorhergesagter und beobachteter Leistung nahm jedoch ab, wenn Trainings- und Validierungsset mit verschiedenen Testern oder in verschiedenen Jahren geschätzt wurden.

C. Riedelsheimer, Hohenheim, stellte in seinem Vortrag einen neuen vielversprechenden Ansatz zur Gesamtgenom- und metabolischen Vorhersage vor. Die Studie basierte auf Kreuzungen zwischen 285 diversen Dent-Inzuchtlinien und zwei europäischen Flint-F1-Testern bei denen GCA-Werte für Biomasse- und Bioenergiemerkmale geschätzt wurden. Auf neun Chromosomen wurden 15 einheitliche SNP-Metabolit-Verbindungen gefunden, die 15-32 % der beobachteten genetischen Varianz erklärten. Die Ergebnisse verdeutlichten, dass die Gesamtgenom- und metabolische Vorhersage mittels kleinerer Trainingspopulationen ein sicheres Screening von diversen Inzuchtlinien erlaube, um das Potential zum Erstellen von leistungsfähigen Hybriden zu erhöhen.

Als letzter Vortragender berichtete F. Technow, Hohenheim, über seine Arbeiten zur genomischen Vorhersage der Leistung von Hybriden. Zunächst stellte er heraus, dass genomische Vorhersage die Identifikation von erfolgsversprechenden Hybriden sogar ermögliche, wenn diese oder andere Hybriden mit den gleichen Eltern nicht in Feldversuchen getestet wurden. Anhand simulierter Daten wurde der Einfluss unterschiedlicher Markerdichte, Anzahl Eltern, die in anderen Hybridkombinationen getestet wurden, unterschiedliche statistische Modelle und Vorhersagemethoden auf die Vorhersagegenauigkeit beurteilt.

Neben dem fachlichen Gedankenaustausch hatten die Besucher dieser Tagung auch die Gelegenheit, bei einer Führung von Dr. K.H. Herrmann das Deutsche Landwirtschafts-museum in Hohenheim kennenzulernen und dabei den Wandel im technischen Fortschritt der Agrartechnik der letzten 100 Jahre zu erkunden. Neben dem gemeinsamen Abendessen im Deutschen Landwirtschaftsmuseum boten die Kaffeepausen auch reichlich Gelegenheit zum fachlichen und persönlichen Austausch zwischen den Referenten und Teilnehmern der Tagung.

(Autoren: Dr. H. Meßner, DMK; M. Stange, Uni Hohenheim)