Dipl.-Biol. Florian Schwander Institut für Rebenzüchtung Geilweilerhof Identifi kation des Mehltauresistenzlocus Rpv10 für die Rebenzüchtung Dissertationen aus dem Julius Kühn-Institut Julius Kühn-Institut Bundesforschungsinstitut für Kulturpfl anzen Kontakt: Dipl.-Biol. Florian Schwander Julius Kühn-Institut Bundesforschungsinstitut für Kulturpflanzen Institut für Rebenzüchtung Geilweilerhof 76833 Siebeldingen Die Schriftenreihe ,,Dissertationen aus dem Julius Kühn-lnstitut" veröffentlicht Doktorarbeiten, die in enger Zusammenarbeit mit Universitäten an lnstituten des Julius Kühn-lnstituts entstanden sind oder herausragende eigenständige Arbeiten aus den Forschungsgebieten des JKI darstellen. Der Vertrieb dieser Monographien erfolgt über den Buchhandel (Nachweis im Verzeichnis lieferbarer Bücher - VLB) und OPEN ACCESS im lnternetangebot www.jki.bund.de Bereich Veröffentlichungen. Wir unterstützen den offenen Zugang zu wissenschaftlichem Wissen. Die Dissertationen aus dem Julius Kühn-lnstitut erscheinen daher OPEN ACCESS. Alle Ausgaben stehen kostenfrei im lnternet zur Verfügung: http://www.jki.bund.de Bereich Veröffentlichungen We advocate open access to scientific knowledge. Dissertations from the Julius Kühn-lnstitut are therefore published open access. All issues are available free of charge under http://www.jki.bund.de (see Publications). Bibliografische Information der Deutschen Nationalbibliothek Die Deutsche Nationalbibliothek verzeichnet diese Publikation In der Deutschen Nationalbibliografie: detaillierte bibliografische Daten sind im lnternet über http://dnb.d-nb.de abrufbar. ISBN 978-3-930037-78-0 Herausgeber l Editor Julius Kühn-lnstitut, Bundesforschungsinstitut für Kulturpflanzen, Quedlinburg, Deutschland Julius Kühn-lnstitut, Federal Research Centre for Cultivated Plants, Quedlinburg, Germany © Julius Kühn-lnstitut, Bundesforschungsinstitut für Kulturpflanzen sowie der genannten Universität, 2012. Das Werk ist urheberrechtlich geschützt. Die dadurch begründeten Rechte, insbesondere die der Übersendung, des Nachdrucks, des Vortrages, der Entnahme von Abbildungen, der Funksendung, der Wiedergabe auf fotomechanischem oder ähnlichem Wege und der Speicherung in Datenverarbeitungsanlagen, bleiben, auch bei nur auszugsweiser Verwertung, vorbehalten. Identifikation des Mehltauresistenzlocus Rpv10 für die Rebenzüchtung Zur Erlangung des akademischen Grades eines DOKTORS DER NATURWISSENSCHAFTEN (Dr. rer. nat.) Fakultät für Chemie und Biowissenschaften Karlsruher Institut für Technologie (KIT) – Universitätsbereich genehmigte DISSERTATION von Dipl.-Biol. Florian Schwander aus Freiburg im Breisgau Dekan: Prof. Dr. Martin Bastmeyer Referent: apl. Prof. Dr. Eva M. Zyprian Korreferent: Prof. Dr. Holger Puchta Tag der mündlichen Prüfung: 15.12.2011 Die Durchführung dieser Arbeit erfolgte am Julius-Kühn-Institut (JKI), Institut für Rebenzüchtung Geilweilerhof und wurde durch die finanzielle Unterstützung vom Forschungsring des Deutschen Weinbaus (FDW) bei der Deutschen Landwirtschafts- Gesellschaft (DLG) über das Projekt: „Entwicklung von molekularen Markern für Resistenzeigenschaften aus der asiatischen Wildrebee Vitis amurensis gegenüber dem Falschen Mehltau Plasmopara viticola“ ermöglicht. Teile dieser Arbeit wurden bereits in der Fachzeitschrift Theoretical and Applied Genetics (Volume 124, Number 1, 163-176) unter dem Titel: Rpv10: a new locus from the Asian Vitis gene pool for pyramiding downy mildew resistance loci in grapevine (DOI: 10.1007/s00122- 011-1695-4) veröffentlicht. Die aus dieser Veröffentlichung verwendeten Abbildungen wurden aus Gründen des Copyrights durch Zitierung gekennzeichnet. Inhaltsverzeichnis Inhaltsverzeichnis INHALTSVERZEICHNIS ............................................................................................. I ABBILDUNGSVERZEICHNIS ................................................................................... IV TABELLENVERZEICHNIS ...................................................................................... VII ABKÜRZUNGSVERZEICHNIS ............................................................................... VIII ZUSAMMENFASSUNG ............................................................................................. 1 ABSTRACT ................................................................................................................ 2 1 EINLEITUNG ............................................................................................ 3 1.1 Resistenzzüchtung bei Reben .............................................................................. 4 1.1.1 Genetische Ressourcen für Resistenz ..................................................................... 4 1.1.2 Markergestützte Selektion ...................................................................................... 5 1.2 Falscher Mehltau der Rebe ................................................................................. 7 1.2.1 Infektionszyklus und –verlauf ................................................................................ 8 1.2.2 Bekämpfungsstrategien ........................................................................................ 10 1.3 Pflanzliche Resistenzen ...................................................................................... 10 1.3.1 Präformierte Resistenz ......................................................................................... 11 1.3.2 Pathogenerkennung .............................................................................................. 12 1.3.3 Induzierte Resistenzen .......................................................................................... 13 1.4 Genetische Kartierung ....................................................................................... 16 1.4.1 Erstellen der genetischen Karte ............................................................................ 16 1.4.2 QTL-Analyse ........................................................................................................ 17 1.5 Zielsetzung .......................................................................................................... 18 I Inhaltsverzeichnis 2 MATERIAL & METHODEN .................................................................... 20 2.1 Material ............................................................................................................... 20 2.1.1 Pflanzenmaterial ................................................................................................... 21 2.1.2 Plasmopara viticola-Sporenmaterial .................................................................... 21 2.1.3 Genetische Ressourcen ......................................................................................... 22 2.2 Methoden ............................................................................................................. 22 2.2.1 Ermittlung der Plasmopara-Resistenz durch Blattscheibentests .......................... 22 2.2.2 Stilben-Analyse mittels HPLC ............................................................................. 23 2.2.3 Kallose-Nachweis ................................................................................................. 24 2.2.4 DNA-Extraktion ................................................................................................... 24 2.2.5 SSR-Marker .......................................................................................................... 24 2.2.6 Polymerasekettenreaktion und Fragmentlängenanalyse ...................................... 27 2.2.7 Erstellen der genetischen Karten .......................................................................... 27 2.2.8 QTL-Analysen ...................................................................................................... 28 2.2.9 Statistische Tests auf Normalverteilung ............................................................... 28 2.2.10 Abgleich mit den Genomsequenzen ..................................................................... 28 3 ERGEBNISSE ........................................................................................ 29 3.1 Phänotypisierung der Plasmopara-Resistenz ................................................... 29 3.2 Stilben-Analyse ................................................................................................... 33 3.3 Kallose-Nachweis ................................................................................................ 34 3.4 Genetische Kartierung ....................................................................................... 34 3.5 QTL-Analysen .................................................................................................... 39 3.6 Effekt der Pyramidisierung von Resistenzen ................................................... 43 3.7 Abgleich des Rpv10-Locus mit dem Referenzgenom ...................................... 45 3.8 Stammbaum der Kreuzungspopulation ........................................................... 47 3.9 Untersuchung ausgewählter Sorten auf den Rpv10-Locus ............................. 51 3.10 Untersuchung genetischer Ressourcen ............................................................. 52 II Inhaltsverzeichnis 4 DISKUSSION ......................................................................................... 58 4.1 Phänotypische Evaluierung der Plasmopara-Resistenz .................................. 58 4.2 Stilben-Analyse und Kallose-Nachweis ............................................................ 59 4.3 Genetische Karte und QTL-Analysen .............................................................