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.

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.

Hafer (Avena sativa L.) zählt als eine wichtige Kulturart in modernen konventionell sowie biologisch geführten Pflanzenproduktionssystemen. Dennoch ist die Anbaufläche von Hafer in der Europäischen Union in den letzten Jahren von ca. 3,1 Millionen auf 2,6 Millionen Hektar gesunken. Mit dem Rückgang der Haferanbaufläche zu Gunsten von anderen kleinkörnigen Getreidearten wie Weizen oder Mais hat auch die züchterische Aktivität in dieser traditionellen Kulturart nachgelassen. Der Anbau von Hafer kann jedoch maßgeblich zur Auflockerung der Fruchtfolge und Steigerung der Agrobiodiversität in der Agrarkulturlandwirtschaft beitragen, und Hafer gilt darüber hinaus als nährstoffreiches Lebens- und Futtermittel. Die im Waldviertel ansässige Firma Saatzucht Edelhof ist ein traditionelles österreichisches Pflanzenzüchtungsunternehmen, das sich bereits seit Anfang des 20. Jahrhunderts mit der Haferzucht auseinandersetzt und derzeit der einzige Züchter von neuen Hafersorten in Österreich ist. Durch jahrelange Erweiterung und Nutzung der genetischen Diversität ihres Hafergenpools besitzt die Saatzucht Edelhof ein breites Portfolio an modernen Hafersorten, sowohl für den österreichischen als auch internationalen Markt. Es besteht daher auch ein erhebliches Interesse ausländischer Partnerunternehmen an der Hafersorten von Saatzucht Edelhof, wobei bereits eine Vielzahl von Sorten in mehreren europäischen Ländern registriert wurden. Mit der klimawandelbedingten Erhöhung des Krankheits- und Schädlingsdrucks sowie dem Streben hin zu einer nachhaltigeren Landwirtschaft mit geringem Einsatz von Agrochemikalien wie Fungiziden, ist die Resistenzzüchtung in den letzten Jahren immer mehr in den Fokus gerückt. Hierbei kommt der Befall vom Lebens- und Futtermittel Hafer mit Fusarium-Pilzen eine besondere Rolle zu. Kommt es während der Blühphase zum Beispiel zum Befall der Haferrispen mit Fusarium graminearum, so finde sich später im Erntegut zum Teil eine hohe Konzertration von, für Mensch und Tier, schädlichen Pilzgiften (=Mykotoxinen) wieder. Die Züchtung von Fusarium-resistenten Hafersorten kann dabei als Schlüsseltechnologie angesehen werden, um es Landwirte zu ermöglichen gesundes und mykotoxinfreies Erntegut zu produzieren. Eine adäquate Erfassung der Fusariumresistenz stellt im Hafer jedoch eine große Herausforderung dar, z.B. durch das besondere Blühverhalten mit langem und sequenziellem Blühen der einzelnen Ährchen innerhalb einer Rispe, welche im Vergleich mit anderen Getreidearten bisher kaum erforscht ist. Im vorliegenden Projekt soll daher die Grundlage zur Entwicklung eines Boniturschemas für Fusariumresistenz im Hafer entwickelt werden als auch die mögliche Nutzung von assoziierten morphologischen Merkmalen als indirekte Selektionsmerkmale untersucht werden. Ein Sortiment von Zuchtlinien und Hafersorten wird dazu in einem Feldversuch untersucht, um hochqualitativer Daten als Grundlage für das Herausfiltern einer effektiven Selektionsmethode zu erheben.