PROGReSs: Systembiologische Ansätze zur Vorhersage und Modellierung von Hybridleistung und Ertragszuwachs beim Raps

Name des Projekts Systembiologische Ansätze zur Vorhersage und Modellierung von Hybridleistung und Ertragszuwachs beim Raps
Dauer Juli 2014 bis Juni 2017
Koordinator NPZ Innovation GmbH (Dr. Gunhild Leckband)
Partner Deutsche Saatveredelung AG, geo-konzept GmbH, Justus-Liebig Universität Gießen, Universität Hamburg, Forschungszentrum Jülich, Technische Hochschule Wildau, Julius-Kühn-Institut Braunschweig, Universität Bonn, Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen
D

ie meisten Rapsfelder in Deutschland sind mit sog. Rapshybriden bepflanzt. Eine Hybridsorte zeichnet sich gegenüber ihren Eltern durch eine stärkere Vitalität und höheren Ertrag aus. Begründet liegt dies in der Hybridzüchtung als solcher, bei der zwei genetisch verschiedene, reinerbige Genotypen miteinander gekreuzt werden. Dieses genetische Phänomen wird mit dem Begriff „Heterosis“ beschrieben. Da die genetischen Mechanismen der Heterosis, sowie dessen Ausprägung unter wechselnden Umweltbedingungen nicht ausreichend bekannt sind, lassen sich auf Grundlage der elterlichen Genotypen bisher keine Vorhersagen über die standortabhängige Leistungsfähigkeit der Hybriden treffen. Die zukünftige Strategie für die Rapszüchtung und den Rapsanbau muss daher darauf ausgerichtet sein, das genetische Ertragspotenzial der zur Verfügung stehenden Variabilität in möglichst hohem Maße auszuschöpfen. Zusätzlich wird die Kostensenkung im Züchtungsprozess durch die Vorhersage von Ertragsleistung schon in den jüngeren Züchtungsstufen noch weiter in den Vordergrund rücken als bisher.

In dem Projektvorhaben PROGReSs stehen ertragsbildende Faktoren und die Entwicklung von innovativen Selektionswerkzeugen für die Züchtung im Fokus der Forschung. Züchter, Biologen, Agronomen, Bioinformatiker, Mathematiker, Computer Modellierer, sowie Entwickler von weiteren innovativen Technologien werden in einem interdisziplinären Netzwerk zusammenarbeiten, das iterative Modellierung mit experimentell erzeugten quantitativen Daten kombiniert. In diesem systembiologischen Ansatz werden große Mengen hochkomplexer Daten aus drei verschiedenen Komplexitätsebenen – genomische, phänotypische und Umweltdaten – in mehreren iterativen Prozessen kombiniert und miteinander vernetzt.

Um Modelle zur Vorhersage des Ertrags und des Phänomens „Heterosis“ beim Raps unter verschiedenen Bedingungen zu entwickeln, kommen neue Techniken in der Hochdurchsatz-Genotypisierung und -Phänotypisierung zum Einsatz, unter anderem durch Nutzung von Feldsensoren und Georeferenzierung im Rahmen konventioneller Züchtungsmethoden. In enger Kooperation mit den am Projekt beteiligten Partnern werden nicht-invasive Feldphänotypisierungsmethoden entwickelt, die es erlauben sollen, Rapsbestände während der gesamten Vegetationsperiode bis zur Ernte mehrmals zu befahren und zu phänotypisieren. Hierdurch wird die schnelle Selektion von Zuchtlinien mit einem erhöhten Ertragspotential unter verschiedenen Bedingungen möglich. Zudem bieten sich auch Möglichkeiten, mit Hilfe der Daten aus den Umweltmessungen und der Modellierung von Genotyp x Umwelt-Interaktionen neue Erkenntnisse über die Anpassungsfähigkeit von Rapshybriden an die sich ändernden Umweltbedingungen zu gewinnen.

Darüber hinaus werden anhand der modernen Methoden der Genomforschung charakteristische Musterprofile von jeder Zuchtlinie erstellt. Diese werden mittels mathematische und statistische Verfahren zusammen mit den morphologischen Daten in einer Datenbank verknüpft. Mit diesen Verfahren kann auch die Leistung anderer Linien in dem Zuchtverfahren nur anhand deren genetischen Fingerabdrucks vorhersagt werden.

Somit wird eine sehr konkrete Grundlage für die Bereitstellung von Rapspflanzen unter sich ändernden Standortbedingungen geschaffen. Durch die Entwicklung von Vorhersagemodellen soll eine signifikante Beschleunigung des Zuchtfortschritts erzielt werden.