Forschung

Durch Insekten übertragbare Getreidevirosen gelten als ‚Gewinner‘ des Klimawandels. Wintergetreide, insbesondere Wintergerste und Winterweizen, sind einem verstärktem Druck für eine Infektion mit Weizen-Verzwergungsvirus (Wheat dwarf virus, WDV), sowie Gerstengelbverzwergungsvirus [Barley yellow dwarf virus, BYDV] und Getreidegelbverzwergungsvirus [Cereal yellow dwarf virus, CYDV]) ausgesetzt. Getreidepflanzen sind im Jugendstadium am empfindlichsten gegenüber diese Viren. Die Viren werden durch saugende Insekten (Vektoren) übertragen: WDV wird durch eine Zwergzikade (Psammotettix alienus), BYDY und CYDV durch mehrere Blattlausarten. Die Aktivität der Vektoren ist temperatur- und damit witterungsabhängig. Steigende Temperaturen erhöhen die Mobilität der Vektoren. Insbesondere längere Perioden mit warmer Temperatur im Herbst, in manchen Jahren bis in den Frühwinter, wie sie zunehmend vorkommen, bewirken eine höhere Gefährdung unserer Getreidebestände durch Virosen. Das Schadausmaß variiert je nach Befallsgrad, stark befallene Bestände können zum Totalausfall führen. Im Projekt werden erforderlichen Vorarbeiten (pre-breeding) zur Züchtung von 1) neuen resistenten Zuchtlinien durchgeführt und 2) wirksamen Selektionsverfahren entwickelt, wobei der Schwerpunkt auf Resistenz geben WDV gelegt wird, weil WDV in der Praxis bei Weizen in Mitteleuropa von zunehmender Bedeutung ist. In Arbeitspaket 1 wird die genetische Variation im aktuellen Zuchtmaterial in mehrortigen Feldversuchen überprüft und Selektionsmarker für quantitative Resistenz werden gesucht. Im Arbeitspaket 2 wird ein von uns in einer alten osteuropäischen Sorte kürzlich entdeckter, hoch wirksamer Resistenzfaktor auf Chromosom 6A in regional angepasste Winterweizen-Sortenkandidaten eingebracht. Insgesamt stellen die zu erwartenden neuen Erkenntnisse zur Vererbung der Virusresistenz und das neu entwickelte pre-breeding Zuchtmaterial mit verbesserter Virusresistenz einen essentiellen Schritt in Richtung zukunfts-fitter Weizensorten und nachhaltiger Absicherung des Weizenanbaues in Österreich dar.

Hartweizen ist eine Nahrungspflanze mit zunehmender Bedeutung. Hartweizen leidet unter zunehmenden Belastungen, die zum Teil auf die globalen Veränderungen zurückzuführen sind. Zwei relevante Einschränkungen sind die Pilzkrankheit Fusarium head blight (FHB) und die Viruserkrankung Wheat dwarf virus (WDV). In diesem Projekt werden wir die Züchtung auf genetische Resistenz gegen diese beiden Krankheiten beschleunigen und so die Stressresistenz von Hartweizen erhöhen: i) Genetische Analyse einer neuen Vier-Eltern-MAGIC-Population, die aus einer Kombination von modernen Sorten mit WDV-Resistenz und FHB-resistenten Versuchslinien hervorgegangen ist. Wir beabsichtigen, relevante QTL für die Merkmale WDV-Resistenz und FHB-Resistenz zu identifizieren und zu kartieren. ii) Selektion von klimaangepassten Hartweizensorten, beginnend mit großen segregierenden Populationen in der F3-Generation, die streng phänotypisch selektiert werden, um die FHB-Resistenz zu erhöhen, und anschließend auf verbesserte WDV-Resistenz selektiert werden, um neue Sortenkandidaten zu identifizieren, die in das Sortenentwicklungsprogramm aufgenommen werden. Ausgewählte Linien werden mit DNA-Fingerabdrücken versehen und zur Untersuchung von "umgekehrten" Vorhersagen verwendet, d. h. zur Überprüfung von Genomregionen, die als Reaktion auf eine verbesserte Resistenz selektiert werden.

Die globale Ernährungssicherheit wird durch Pflanzenkrankheiten ernsthaft bedroht, wobei eine der gefährlichsten epidemischen Pilzkrankheiten in der Getreideproduktion der Befall mit Fusarium ist. Einerseits wird der Ertrag reduziert, andererseits die Qualität der Ernte drastisch geschädigt. Im schlimmsten Fall besteht eine ernsthafte Gesundheitsgefährdung durch die aus dem Pilzbefall resultierenden Mykotoxine im Getreide. Daher ist das Ziel, resistente Sorten zu entwickeln, um die von dieser Krankheit ausgehenden Probleme abzuwenden. In der Pflanzenzüchtung müssen so diejenigen Sorten und neuen Zuchtlinien erkannt und selektiert werden, die gegen die Krankheit resistent sind, wobei diese Aufgabe in der Regel von geschulten Personen übernommen wird. Da die klassische Selektion sehr zeitaufwendig, teuer und durch den Faktor Mensch fehleranfällig ist, ist eine derartige Vorgehensweise bei größeren Selektionsprogrammen in der Praxis enorm aufwändig: ein automatischer Ansatz ist erforderlich. Um diese Probleme zu vermeiden, ist das Ziel des Projekts, mithilfe einer Drohne automatisch hochauflösende Bilder der Feldparzellen aufzunehmen und die unterschiedlichen Versuchslinien zu klassifizieren. Da es für die konkrete Aufgabenstellung (hochaufgelöste Bilder, extreme Flughöhe, schräge Bildaufnahmen) keine geeignete Technologie gibt, muss hierzu ein neues System für die Bildaufnahme entwickelt werden. Zudem sind existierende Verfahren zur Bildanalyse aufgrund der stark wechselnden Umgebungsbedingungen im vorliegenden Setup nicht geeignet. Ein neuer robuster und allgemein anwendbarer Ansatz ist erforderlich. Darüber hinaus muss der Aufwand für das Labeln der Daten reduziert werden, um ein praktisch anwendbares und in der Pflanzenzucht akzeptiertes System zu gewährleisten. Dazu ist eine enge Zusammenarbeit zwischen Züchter:innen (aus pflanzenwissenschaftlicher Sicht) und Informatiker:innen (aus technischer Sicht) erforderlich.