Hochauflösende Kartierung der Virusresistenzgene rym11 und Ryd3 der Gerste (Hordeum vulgare L.)

Abstract

Die durch Barley Yellow Mosaic Virus (BaYMV) und Barley Mild Mosaic Virus (BaMMV) verursachte Gelbmosaikvirose der Gerste und die durch Barley Yellow Dwarf Virus (BYDV) und Cereal Yellow Dwarf Virus (CYDV) verursachte viröse Gelbverzwergung können bei anfälligen Gerstensorten zu erheblichen Ertragsverlusten führen. Für beide Krankheiten hat sich der Anbau von toleranten/resistenten Sorten als der einzige (BaMMV/BaYMV) bzw. umwelt- und verbraucherfreundlichste Weg (BYD) zur Vermeidung von Ertragsverlusten herausgestellt. Für die Züchtung stehen verschiedene Resistenzgene zur Verfügung: Ryd3 auf Chromosom 6H erklärt 75% der phänotypischen Varianz der Toleranz gegenüber BYDV-PAV, während rym11 auf Chromosom 4H gegenüber allen europäischen Erregern der Gelbmosaikvirose Resistenz vermittelt.Um sowohl den Resistenzmechanismus aufzuklären, als auch in Zukunft eine zielgerichtete Übertragung der Resistenzgene in Elitematerial zu gewährleisten, zielten die Arbeiten auf die Isolation der genannten Gene mittels kartengestützter Klonierung. Für die Markerabsättigung wurden hochdichte genetische Karten der Gerste sowie die syntänische Beziehung zwischen Gerste, Reis und Brachypodium über den Genome Zipper genutzt. Bezüglich Ryd3 wurden 3.210 F2-Pflanzen analysiert. Für das auf 2,44 cM verkürzte Zielintervall GBS0655 - WBE201 zeigten 121 Linien (RILs) ein Rekombinationsereignis. Die phänotypische Analyse ergab eine Aufspaltung in 58 tolerante zu 63 nicht toleranten RILs (Chi²(1:1) = 0,207). Für Ryd3 konnte eine große Kopplungsgruppe von 10 mit der Toleranz co-segregierenden Markern nicht weiter entschlüsselt werden. Bezüglich rym11 wurden 5.102 F2-Pflanzen analysiert. Für das auf 1,87 cM verkürzte Markerintervall GBS0887 - GBS0506 zeigten 100 RILs ein Rekombinationsereignis, und die phänotypische Analyse der Resistenz (r) versus Anfälligkeit (s) gegen BaMMV ergab die erwartete 1r:1s Aufspaltung (52r : 48s; Chi²(1r:1s) = 0,163). Im Zuge der Markerabsättigung konnte mit dem Gen HvPDIL5-1, das für eine Proteindisulfid-Isomerase codiert, ein Kandidatengen identifiziert werden, welches in einer weiteren Arbeit als rym11 verifiziert werden konnte. Barley yellow mosaic virus disease, caused by Barley yellow mosaic virus (BaYMV) and Barley mild mosaic virus (BaMMV), as well as Barley yellow dwarf disease caused by Barley yellow dwarf virus (BYDV) and Cereal yellow dwarf virus (CYDV) can cause severe yield losses in susceptible barley cultivars. For both diseases growing of of resistant/tolerant varieties is the most effective and environment and consumer friendly way to prevent high yield losses. For this purpose several resistance genes are known in barley: Ryd3, located on chromosome 6H, explains 75% of the phenotypic variance regarding tolerance to BYDV-PAV , while rym11, located on chromosome 4H, confers resistance against all European viruses causing barley yellow mosaic virus disease.A map based cloning strategy was applied in order to get detailed information on the function and structure of these genes and to facilitate a targeted introgression of the resistance genes into elite barley cultivars. For the high-resolution mapping public marker-resources were exploited, as well as the synteny between barley, rice and Brachypodium by using the Genome Zipper. For Ryd3 a total of 3,210 F2-plants were analysed. For the shortened marker-interval GBS0655 - WBE201 (2.44 cM) 121 RILs showed a recombination event. The phenotypic analysis for tolerance vs. non tolerance against BYDV-PAV was consistent with the expected 1:1 ratio for a major gene (58 vs. 63; Chi²(1:1)= 0.207). Regarding Ryd3 a large linkage block of 10 co-segregating markers could not be resolved any further. With regard to rym11 a total of 5,102 F2-plants was analyzed. For the shortened marker-interval GBS0887 - GBS0506 (1.87 cM) 100 RILs showed a recombination event. The phenotypic analysis for resistance (r) vs. susceptibility (s) against BaMMV fits to the expected 1r:1s ratio (52r: 48s; Chi²(rt:1s) = 0.163). In the course of the marker saturation HvPDIL5-1, encoding a protein disulfide isomerase, was identified as a candidate gene which has actually been verified as rym11 in an additional study.