Search

Genome-Wide Association Studies (GWAS) of four Multi-parent Advanced Generation Inter-Cross (MAGIC) populations identified nine regions on chromosomes 1H, 3H, 4H, 5H, 6H and 7H associated with resistance against barley scald disease. Three of these regions are putatively novel resistance Quantitative Trait Loci (QTL). Barley scald is caused by Rhynchosporium commune, one of the most important barley leaf diseases that are prevalent in most barley-growing regions. Up to 40% yield losses can occur in susceptible barley cultivars. Four MAGIC populations were generated in a Nordic Public-Private Pre-breeding of spring barley project (PPP Barley) to introduce resistance to several important diseases. Here, these MAGIC populations consisting of six to eight founders each were tested for scald resistance in field trials in Finland and Iceland. Eight different model covariate combinations were compared for GWAS studies, and the models that deviated the least from the expected p-values were selected. For all QTL, candidate genes were identified that are predicted to be involved in pathogen defence. The MAGIC progenies contained new haplotypes of significant SNP-markers with high resistance levels. The lines with successfully pyramided resistance against scald and mildew and the significant markers are now distributed among Nordic plant breeders and will benefit development of disease-resistant cultivars.

Fusarium head blight (FHB) disease and the mycotoxins produced by its causal agents such as Fusarium graminearum Schwabe, F. culmorum (Wg. G. Sm.) and F. langsethiae Torp and Nirenberg have become a growing problem for oat (Avena sativa L.) production in the northern countries over the last decades. Since Nordic oats and oat products are branded as high quality and healthy food, FHB has to be managed. Controlling FHB by agricultural or manufacturing practices can be a cumbersome task. Therefore development of resistant cultivars would offer a highly needed and economical solution to the problem. The primary aim of this thesis was to improve the tools for FHB resistance breeding in oats. Resistance among genebank accessions and Nordic oat breeding material, inoculation methods and potential traits to measure resistance were evaluated in several field and greenhouse experiments in Finland. The results obtained from the field experiments had more practical relevance than greenhouse experiments in identification of cultivars that accumulate less DON. In the field conditions, the escape mechanisms such as early flowering, height or high rate of anther extrusion through open flowering can all affect to DON accumulation and Fusarium infection within an oat plant. Large variation in several Fusarium-associated traits among the breeding material indicates that FHB resistance in Finnish oats can be improved. However, the results also underline that there are several components of resistance that need to be considered, since the estimates for DON accumulation, germination capacity and proportion of Fusarium infected kernels did not give similar rankings for all of the genotypes. Further research is recommended in order to gain better understand the genetics of FHB resistance in oats. In addition, more efficient methods for the phenotyping of large progenies are needed. In future breeding, the amount of phenotyping can be reduced when readiness for genomic selection is on place. Also other Fusarium species and mycotoxins need to be considered in future resistance studies. Punahomeet (Fusarium-sienet) ja niiden tuottamat terveydelle haitalliset homemyrkyt, mykotoksiinit, uhkaavat kauran elintarvikekäyttöä ja aiheuttavat merkittäviä tappioita maanviljelijöille. 2000-luvulla etenkin deoksinivalenoli-toksiinia (DON) tuottavat punahomeet ovat yleistyneet Pohjois-Euroopan ja myös Suomen viljapelloilla, ja vakavina tartuntavuosina EU:n DON-toksiinille asettama elintarvikekäytön hylkäysraja ylittyy kymmenillä prosenteilla kauranäytteistä. Toksiinien riskiä voidaan pienentää kaurassa esimerkiksi peittauksella, viljelykierrolla tai sadon lajittelun ja kuorinnan avulla. Silti, vaikka viljelijä tekisi kaiken oppikirjan mukaan, voivat raja-arvot ylittyä. Taudinkestävät lajikkeet toisivat kaivattua lisäapua taudinhallintaan. Tässä väitöskirjatyössä selvitettiin yhteistyössä Boreal Kasvinjalostus Oy:n kanssa, miten kasvinjalostaja voi arvioida kauran jalostuslinjan punahomekestävyyttä tartutetuissa kenttä- ja kasvihuonekokeissa ja millaista taudinkestävyyttä kaurasta voi löytyä. Sadoista jalostuslinjoista sekä kymmenistä pohjoismaisista lajikkeista ja kirjallisuuden perusteella lupaavaksi osoittautuneista geenipankkikauroista mitattiin DON–toksiinipitoisuuksia, itävyyttä ja punahometartunnan saaneiden jyvien määrää. Lisäksi vertailtiin erilaisia tartutus- ja tartunnan mittausmenetelmiä ja selvitettiin kauran kukintaominaisuuksien sekä hometoksiinien yhteyttä. Keinotekoisesti tartutettujen kenttäkokeiden avulla saadaan luotettavin kuva kauralajikkeiden punahomekestävyydestä ja pystytään karsimaan selvästi alttiimpia kauroja. Tulokset kannustavat parantamaan punahomekestävyyttä ensisijaisesti jalostusaineistoa hyödyntäen. Toksiinipitoisuuksien ja kauran kukinnan avoimuuden väliltä löytyi selvä yhteys, mutta myös esimerkiksi kauran kehitysnopeus ja pituuskasvu vaikuttivat toksiinipitoisuuksiin. Kauran punahometartuntaa mittaavista suureista DON-pitoisuus on tärkein, mutta myös itävyys ja tartunnan saaneiden jyvien määrä mahdollistavat lajikkeiden vertailun. Useaa suuretta yhdessä tarkasteltaessa voidaankin erottaa toisiaan täydentäviä kestävyystekijöitä kauroista. Punahomeenkestävyysjalostuksessa tulee jatkossa panostaa menetelmiin, joiden avulla jokaista kauralinjaa ei tarvitsisi erikseen arvioida useiden kenttäkokeiden pohjalta (geneettiset työkalut), ja arviot tulisi pystyä tekemään toksiinimittauksia kustannustehokkaammin esim. kuvantamisteknologioita hyödyntäen. Myös muiden, kuin DON-toksiinia tuottavien punahomelajien tutkimusta tarvitaan.