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Presenting commercially available wheat varieties with resistance to common bunt.

Breeding for Crop Mixtures and Agroforestry in Organic and Low Input

455 wheat varieties and breeding lines were grown in the field,contaminated with 7 to 11 different races of common bunt. Based on the reaction of the lines to the different virulence races, it was possible to group the lines by differential varieties with known resistance genes, indicating that they may have one or two of the resistance genes Bt1, Bt2, Bt5, Bt7, Bt13, BtZ or Quebon-resistance. Based hereof, genetic markers will be developed using a genome-wide association study (GWAS).

When assesssing races of common bunt for virulens pattern within a region, it is important to take into account that collected spores may represent a diverse population of different virulence races. When screening spores on a differential set of wheat lines with known resistance genes, a low infection rate on a resistant wheat variety does not necessarily demonstrate that virulence is absent in the spore collection, but could be a sign that virulence is present, but only present in a low frequency among the spores. If just a few spores within a spore sample are indeed virulent, they may infect some plants and from there multiply the virulence quite rapidly next years. Previous studies have shown that virulence against most resistance genes were present in Denmark after purifying races of common bunt (Tilletia caries) on resistant varieties. So far, only wheat differential varieties with Bt4, Bt6, Bt9, Bt11 and Bt12 cannot be infected with bunt races purified from Danish collections [1, and later own unpublished data]. Virulence against Bt4, Bt6 and Bt9 has been found in other European studies [2], and Bt11 may not be only one gene but a combination of at least two genes [3]. Therefore, Bt12 seems to be the only gene for which virulence have not been found in European population of common bunt. This leads to the conclusion that if resistance breeding shall safely control common bunt in wheat, we need not only one effective gene, but a combination of pyramided genes. Since it is very difficult to test if a resistant line has only one gene or more genes, the most effective tool to achieve this at present are genetic markers. Using Genome Wide Association Studies (GWAS) to find QTLs and markers for the major resistance genes in wheat have so far led to only few commercial useful markers. Till now, only markers for Bt9 [6] and Bt10 are used in practice, but a marker for Bt12 [4] and Blizzard [7] have also been found. One of the problems in developing markers for bunt resistance have been that spores used in GWAS trials have been divers or unknown in virulence, and that phenotypic results not distinguishes between different resistance genes. Therefore, the most successful studies have used segregating populations of single crosses where the resistance gene is known on before hand [5]. In the LIVESEED project, we have the ambition to develop genetic markers on several different resistance genes at the same time. We will do so by testing segregating populations of several different crosses between varieties with 7 different resistance genes, and infect them with 7-11 different virulence races of common bunt able to distinguish between the resistance genes. A total of 300 varieties will be pheno- and genotyped. Using this experimental design, we attempt during 2018 and ‘19 to develop markers for Bt1, Bt2, Bt5, Bt7, Bt13, BtZ and Quebon-resistance, and hopefully also a couple of minor QTLs.

Bunt is one of the most devastating diseases of wheat, in Europe and Northern America mainly caused by Tilletia caries and T.controversa, in the warmer climates of the Near East by T.foetida. The generally obligate biotrophic pathogen is trans-mitted by contaminated seeds or can ersist in the soil. Infection occurs at the very first moments after germination of the grain. Once penetrated into the plant, the fungus grows endophytically, remaining undetected until early maturity stages when grains are replaced by spores. Besides yield losses, the malodorant spores contaminate the grains impairing their use as seeds or as food, thereby leading to serious economic losses. Usually the disease is controlled by the use of seed dressings and the use of certified seeds. For organic farming, however, re-sistance of wheat varieties to bunt s crucial as seed treatments with chemical pesticides are not allowed and several proposed alternatives, e.g. treatments with bacteria, hot water, vaccum-steam, steam-ultrasound or electrons, are expensive and lack efficiency. Major and some minor genes conferring resistance to Tilletia infections are described, however, the performance and stability and, therefore, usefulness of these resistances are under debate. Common bunt resistance is based on Flors’ gene for gene principle with an effector of the pathogen and a resistance gene in the host plants, able to detect the effector and to unleash the appropriate resistance mechanisms. To officiently use this type of resistance, it is important to characterize the effectors in the pathogen population as well as to monitor the presence and the efficacy of the resistance genes. While many of this information is available at local and regional level, only little is known at an interregional or even continental dimension. In order to obtain a better overview on the efficacy of resistance genes and the presence and distribution of pathogen races, the European Tilletia ringtest (ETR) was established including also the USA and Iraqi Kurdistan. The ringtest consists of a set of 65 wheat accessions including differentials to characterize the pathogen strains and 40 modern varieties and landraces with specific resistance features. The ringtest took place in 2015 and 2016. First results display a wide diversity of pathogen strains, allowing to recommend the deployment of the most appropriate resistance genes in the different cropping areas. Important differences in disease severity were observed among sites. Resistance was not always linked to the postulated resistance genes. Across all test sites no susceptible plant was observed in PI636170, a breeding line selected from a Turkish landrace. Low infection levels (≤25%) were observed in some breeding lines/genetic resources and also in released cultivars, e.g. Stava and SW Magnifik.

Sommergerste ist im ökologischen Landbau nach Weizen, Hafer und Dinkel die Getreideart mit der höchsten Bedeutung für die verarbeitende Industrie. Der Markt für Öko-Braugerste ist in den letzten Jahren rasch gewachsen. Der gestiegenen Nachfrage steht ein knappes Angebot aus deutscher Erzeugung gegenüber, so dass viele Mälzereien zu Importen gezwungen sind. Voraussetzung für eine stärkere Verbreitung des Sommergerstenanbaus im ökologischen Landbau ist die Bereitstellung geeigneter Sorten. Für die Sommergerste sehen Vertreter der Ökolandbau-Beratung einen hohen Bedarf an Züchtung und Züchtungsforschung. Resistente Sorten haben im Ökolandbau besonders große Bedeutung. Im Rahmen des Projektes konnten unter konsequenter Anwendung von Strategien der Präzisionszüchtung Sortenprotoypen entwickelt werden, die von der kooperierenden Saatzuchtwirtschaft zu erfolgreichen Sorten weiterentwickelt werden können. Aus 300 Ursprungslinien einer F5 Generation der Getreidezüchtungsforschung Darzau wurden durch konsequente Selektion auf Resistenz, agronomischen Eigenschaften und Malzqualität in mehrortigen Feldversuchen vier Zuchtstämme selektiert, die den Ansprüchen vom Erzeugern und Verarbeitern von Braugerste, die nach den Vorgaben des ökologischen Landbaus erzeugt wird, entsprechen. Molekulare Marker, die im Zusammenhang mit Malzqualität stehen, wurden unmittelbar im Zuchtmaterial evaluiert und ihre Eignung für die Selektion auf qualitativ vorteilhafte Sorten belegt. Eine Kartierungspopulation für die molekulargenetische Kartierung von Flugbrandresistenz aus der Sorte Steffi wurde im Hinblick auf die Resistenz und mit mo-lekularen Markern charakterisiert. Zwei Bereiche des Gerstengenoms wurden identifiziert, die eine Rolle in der Ausprägung der Resistenz spielen. Jährliche Projetktreffen mit Beteiligten aus der gesamten Erzeugungskette trugen dazu bei, dass die Informationen über agronomische Eigenschaften und Qualität der neuen Zuchtstämme unmittelbar und zeitnah an die interessierten Kreise weitergegeben wurde.

With the aim to evaluate the effectiveness of techniques and measures for control of cereal bunts and smuts in organic farming systems, field trials were carried out in multiple locations from 2004 to 2006. The relevant fungal diseases included in the trials were common bunt (Tilletia tritici), dwarf bunt (T. controversa), loose smut (Usti-lago tritici, U. nuda), covered smut (U. hordei) and black loose smut (U. avenae). The following treatments were found to be effective. Common bunt: different physical methods, Tillecur, acetic acid. Loose smut of barley and wheat: warm and hot water treatment, seed treatment with ethanol (more trials needed). Covered smut of barley: warm water treatment, ethanol, Lebermooser. Loose smut of oats: hot water treat-ment, ethanol. Field resistant varieties are available (although in some cases only in limited number) for common bunt, loose smut of wheat and barley and covered smut. The status of varietal resistance against dwarf bunt is only insufficiently known. In case of black loose smut research on resistant varieties is currently being conducted.

Zur Erzeugung gesunden Saatgutes steht im Öko-Landbau neben präventiven Maßnahmen eine Reihe verschiedener Saatgutbehandlungsverfahren zur Verfügung (physikalische Methoden, Pflanzenextrakte, Naturstoffe und Mikroorganismenpräparate), die jedoch für die zahlreichen, wichtigen Wirt/Pathogen-Kombinationen nicht hinreichend untersucht waren. Inhalt und Ziel dieses Verbundvorhabens war es, Erfolg versprechende, aber hinsichtlich Handhabbarkeit und Wirksamkeit bislang nicht ausreichend untersuchte Varianten zu überprüfen sowie Schwellenwerte zu ermitteln, die eine Saatgutbehandlung indizieren. Um eine schnelle Übertragbarkeit wirksamer Verfahren in die Praxis zu ermöglichen, wurden neben den physikalischen Verfahren überwiegend gelistete Pflanzenstärkungsmittel untersucht. Im vorliegenden Projekt wurden Klimakammer- und Gewächshausversuche angelegt (Projekt 03OE127/3) und Mittel und Verfahren, die sich unter diesen Modellbedingungen für die Praxistestung als geeignet erwiesen, wurden in Feldversuchen überprüft. Für wichtige Wirt/Pathogen-Kombinationen konnten Behandlungsvarianten mit guten Wirkungen gefunden werden, die keine bis geringe negative Auswirkungen auf die Keimfähigkeit hatten. Bei Sommergerste mit Netzflecken oder Streifenkrankheit sowie bei Haferflugbrand konnten nach Behandlung mit Heißwasser, LEBERMOOSER, Ethanol, Milsana flüssig, Serenade und/oder Cedomon gute bis sehr gute Wirkungen erreicht werden. An Winterweizen mit Fusarium spp., Stagonospora nodorum bzw. Schneeschimmel sowie Winterroggen mit Schneeschimmel wurde eine Wirkung vor allem durch FZB 53, Warm- oder Heißwasserbehandlung und LEBERMOOSER erreicht. Von den besonders schwer zu bekämpfenden Krankheiten wurden Anthraknose an Lupine und Ascochyta pisi an Erbse mit Feuchtheißluft reduziert, jedoch war die Wirkung nicht ausreichend.

Ziel der hier vorliegenden Untersuchung ist es, einen Beitrag zur Frage der Nutzung von Sortenresistenzen gegen Steinbrand und Zwergsteinbrand im Ökologischen Landbau zu leisten. Dafür wurden in der Vegetationsperiode 2002/03 an fünf Standorten in Deutschland Feldversuche zur Anfälligkeit von 30 Winterweizensorten und -zuchtlinien gegen Steinbrand durchgeführt. Für die Inokulation wurden (mit einer Ausnahme) Sporen vom jeweiligen Standort verwendet. Der an den fünf Standorten beobachtete Höchstbefall variierte zwischen 35 und 87 %. Abhängig vom Standort blieben unter diesen Bedingungen ein Drittel bis zwei Drittel der Sorten unter einem Befall von 20 %. Zu den Sorten mit geringem Befall zählten Magnifik, Stava, Tambor, Tommi und Tarso, sowie der Zuchtstamm SW 51136. Im Folgejahr wurden die Versuche mit den Sorten Altos, Ataro, Korund, Tataros und Tommi wiederholt. Bei einem allgemein sehr hohen Befall hatte nur die Sorte Tommi an allen Standorten einen ähnlich geringen Befall wie im Vorjahr. Gegenüber dem Zwergsteinbrand (geprüft 2002/03 an einem Standort) blieb bei einem Höchstbefall von 16 % (anfällige Referenzsorte Jubilar) ca. ein Viertel der 30 Sorten unter einem Befall von 2 %. In der Mehrzahl handelte es sich um die gleichen Sorten, die sich auch schon als widerstandsfähig gegen den Steinbrand erwiesen hatten. Bei der Versuchswiederholung in 2003/04 hatten aber die ausgewählten Sorten (Ataro, Toronto, Tommi, Pegassos und Tarso) einen Befall zwischen 5 und 12 % (Jubilar: 30 %). Weiterhin wurde das Virulenzspektrum von fünf geographisch unterschiedlichen Sporenherkünften von T. tritici vergleichend an einem Standort mit Hilfe des Differentialsortimentes nach GOATES (1996) analysiert. Alle Sporenherkünfte waren für die Resistenzgene Bt 2 und Bt 7 virulent, aber avirulent gegenüber Bt 4, Bt 5, Bt 6, Bt 8, Bt 10, Bt 11, Bt 12, Bt 14 und PI 173437. Linien mit Bt 1, Bt 3, Bt 9, Bt 13 und Bt 15 waren in der Lage, die untersuchten Sporenherkünfte zu differenzieren.

Sixty spring barley varieties were tested at two locations for susceptibility to barley leaf stripe after natural infection at two locations with one infected spreader line (LINZ 358150). The genetic resources VADA, BETZES and RICARDO and cultivars BAC-CARA and PEGGY remained below 0.1% infection. Another eleven varieties stayed below a poor susceptibility of 1% infection, but 13 varieties showed more than 5% infected plants. Analysis of variance brought no difference for the locations to test the infestation, but a strong influence of the location, where the infection during flowering took place. It gives reason not to multiply susceptible varieties under organic farming at barley leaf stripe threatened locations. Breeding of spring barley should be done under infection to develop resistant varieties which can be multiplied for all genera-tions between maintaining and certified seed without any seed treatment.

Since all plant material used for organic farming should have been produced under organic farming conditions, and due to the generally occurring expansion of organic agriculture, the significance of healthy seed in organic farming is increasing. In a joint research project (2004-2006) the currently available as well as some promising methods and substances were tested and evaluated for their use in practice. Results of investigations concerning the control of pathogens affecting field emergence of rye and wheat by different natural products and physi-cal methods are presented. It has been proved that hot water treatment as well as several plant strengthening products (Tillecur®, LEBERMOOSER, Milsana®) and microbial products (Serenade, Cerall) can improve the field emergence and the development of the plants.

Inhaltsübersicht: • Prüfung der Anfälligkeit aktuell verfügbarer Winterweizen der Qualitätsgruppen E, A und B gegenüber Flugbrand (Ustilago tritici) (Dr. Karl-Josef Müller) • Prüfung der Anfälligkeit aktuell verfügbarer Sommergersten gegenüber Hartbrand (Ustilago hordei) (Dr. Karl-Josef Müller) • Landessortenversuche im ökologischen Landbau zu den Kulturen Wintergerste, Körnererbsen, Ackerbohnen und Silomais (Markus Mücke, Armin Meyercordt) • Untersuchung zum Einfluss des Sklerotienbesatzes am Pflanzgut auf das Auftreten von Rhizoctonia solani im ökologischen Kartoffelanbau (Andreas Scholvin, Dr. Jürgen Grocholl) • Welchen Einfluss hat die Vorfrucht auf das Auftreten von Rhizoctonia solani im ökologischen Kartoffelanbau? (Andreas Scholvin, Dr. Jürgen Grocholl, Dr. Joachim Kakau) • Maisanbau auf suboptimalen Standorten (Carsten Rieckmann, Armin Meyercordt, Markus Mücke)

An den ökologisch bewirtschafteten Standorten Darzau/Neu Darchau und Dottenfelderhof/Bad Vilbel wurden 91 Sorten und Genbankmuster von Wintergerste unter natürlichen Infektionsbedingungen und nach Inokulation der Blüten auf Anfälligkeit gegenüber Flugbrand sowie 88 Wintergerstensorten der Beschreibenden Sortenliste 2002 und 2003 auf Anfälligkeit gegenüber Hartbrand getestet. Gegenüber Flugbrand befallsfrei blieben die Handelssorten ASTRID und CARRERO sowie elf Genbankmuster. Acht weitere Wintergersten blieben nur unter natürlichen Infektionsbedingungen befallsfrei. Die beiden Sorten CORNELIA und SERAFINA wurden mit einem natürlichen Flugbrandbefall über 5 % als besonders anfällig ermittelt. Für die meisten flugbrandfrei gebliebenen Wintergersten kann aufgrund des einjährigen Ergebnisses noch keine gesicherte Aussage über deren Resistenz gemacht werden. Da sich für den Umgang mit Flugbrand derzeit keine Behandlungsalternativen abzeichnen, stellt sich die Züchtung auf Resistenz angesichts einiger bereits verbreiteter Resistenzen als der einzig gangbare Weg zu gesundem Saatgut im ökologischen Landbau dar. Ohne Befall mit Hartbrand blieben die zweizeiligen Wintergersten KRETA, DUET und JOLANTE und die mehrzeiligen Wintergersten ALISSA, ELFE, USCHI und VERENA. Weitere 36 Sorten wiesen einen Hartbrandbefall unter 1% auf. Da Hartbrandsporen dem Saatgut nur von außen anhaften, eröffnet sich angesichts des hohen Anteils gering anfälliger Sorten im Falle eines Befalls die Perspektive der Kombination mit einem ökologischen Saatgutbehandlungsmittel. Hinsichtlich der Inokulationstechnik beim Flugbrand hat sich die künstliche Infektion nach POEHLMAN mit 1 ml einer Flugbrandsporensuspension der Konzentration 1 g Sporen auf 1 Liter Wasser zur Injektion in die Blüten einer Ähre als optimal erwiesen. Für die Inokulation mit Hartbrand war die Sporenkonzentration von 1g Sporen pro kg Saatgut richtig. Zur sicheren Beurteilung und Unterscheidung der gegenüber Hartbrand gering anfälligen und resistenten Sorten muss die Gesamtfläche von 6m² pro Sorte als noch zu klein angesehen werden.

Bei dem Beitrag handelt es sich um ein Grundlagenpapier zur Richtlinienentwicklung für eine ökologische Pflanzenzüchtung, das im Rahmen eines internationalen Workshops in Driebergen/NL am 17./18. Oktober 2001 erarbeitet wurde und anschließend dem IFOAM-Standards-Komitee und dem niederländischen Landwirtschaftsministerium vorgelegt wurde. An dem Workshop waren in erster Linie Vertreter des ökologischen Landbaus, aber auch Vertreter konventioneller Züchtungsunternehmen und Züchtungsforscher beteiligt. Folgende Kriterien werden in dem Beitrag behandelt: 1. Ökologische Züchtungsprinzipien, die an den Prinzipien einer ökologischen Landwirtschaft ausgerichtet sind, 2. Kontroll- und Nachweisfähigkeit, 3. Praktikabilität. Darüber hinaus werden verschiedene Begriffe aus der ökologischen Pflanzenzüchtung definiert und geeignete bzw. ungeeignete Techniken genannt.

29 Kultureinkornsorten (Triticum monococcum L.) wurden unter Anbaubedingungen des ökologischen Landbaus auf sandigen Böden in Norddeutschland mit Weizen, Emmer und Dinkel verglichen. Einkorn zeichnete sich durch intensiv hellgrünes, festes Stroh und seine filigrane Gestalt aus. Bei der Aussaat im Frühherbst war die Anzahl der Bestockungstriebe bis zu zweimal so hoch wie bei Weizen, die Wuchshöhe der lag dagegen in den frühen Stadien niedriger und das Ährenschieben erfolgte 1 bis 12 Tage später. Die besten Einkornproben erzielten einen Ertrag von 60-70 % der Ernteerträge von Dinkel. Der Beta-Carotin-Gehalt war mit 1-2 % der Trockenmasse zwei bis drei mal so hoch wie bei Hartweizen üblich. Der Proteingehalt sowie die Gehalte an den essentiellen Aminosäuren Phenylalanin, Tyrosin, Methionin und Isoleucin lagen bei Einkorn höher als bei den anderen Proben.

Aufbauend auf ihrem einzigartigen ökologischen Wert verdient es jede Eigenart einer Pflanze, erhalten zu werden, sei es ex situ oder in situ. An den Beispielen Nackthafer, Sommergerste, Winterweizen und Einkorn werden unterschiedliche Forschungsaktivitäten aufgezeigt.

Einige Methoden, die im Zusammenhang mit der Getreidezüchtung heute Anwendung finden und bei denen Diskussionsbedarf im Hinblick auf ihre Anwendung in der ökologischen Pflanzenzüchtung besteht, werden beschrieben und diskutiert. Es sind dies die Herstellung von Di-Haploiden in Verbindung mit markergestützter Selektion und die Züchtung von Hybriden auf der Basis cytoplasmatischer Pollensterilität. Die Frage nach für den ökologischen Landbau geeigneten Zuchtmethoden wird diskutiert.

On several locations in Germany and Switzerland, new and local varieties of winter wheat were compared to the variety "Bussard" in trial plots with 2-4 replications. Among other parameters, baking quality and gluten content were analised and discussed.