Genetic analysis and mapping of adult plant stripe rust resistance loci in CIMMYT wheat 'Kijil under Mexican and Chinese field environments

Stellen Sie sich Weiz als eine Stadt vor, und den Gelbrost als eine unerbittliche Armee von Invasoren, die versuchen, sie niederzubrennen. Für Landwirte ist diese Krankheit ein Albtraum, der ihre gesamte Ernte vernichten kann. Der beste Weg, die Invasoren aufzuhalten, besteht nicht darin, sie lediglich mit Chemikalien zu bekämpfen (was teuer und schwer nachzuhalten ist); es geht darum, bessere Mauern und stärkere Schilde für die Weizenstadt selbst zu bauen. Genau das haben die Wissenschaftler in dieser Studie getan: Sie suchen nach den „Bauplänen“, die bestimmte Weizenpflanzen von Natur aus widerstandsfähig gegen diese Rost-Invasoren machen.

Der Helden-Weizen: „Kijil“
Die Forscher fanden eine besondere Weizenlinie namens Kijil (gezüchtet von CIMMYT, einem globalen Weizenforschungszentrum). Betrachten Sie Kijil als einen Superhelden-Weizen, der nicht nur an einem Ort überlebt, sondern ob in den Feldern Mexikos oder in China stark und gesund bleibt. Es ist wie ein Soldat, der sowohl in der Wüste als auch im Dschungel gleichermaßen zäh ist.

Die Detektivarbeit
Um herauszufinden, warum Kijil so widerstandsfähig ist, erstellten die Wissenschaftler einen „Stammbaum“ des Weizens. Sie kreuzten Kijil mit einer schwächeren Weizensorte (namens Apav#1), die leicht krank wird. Aus dieser Kreuzung züchteten sie 153 neue „Kinder“ (genannt RILs). Diese Kinder pflanzten sie dann in sieben verschiedenen Testfeldern in Mexiko und China an und beobachteten genau, welche von ihnen krank wurden und welche gesund blieben.

Sie nahmen zudem den genetischen „Fingerabdruck“ jeder Pflanze mit einem Hochtechnologie-Scanner (genannt GBS) auf, der über 5.000 winzige genetische Marker untersuchte. Dies war vergleichbar mit dem Überprüfen der Ausweise jedes Familienmitglieds, um zu sehen, welche die „Superkraft-Gene“ in sich trugen.

Die Schatzkarte: Die Suche nach den Resistenz-Loci
Durch den Vergleich der Fingerabdrücke der kranken Pflanzen mit denen der gesunden Pflanzen zeichneten die Wissenschaftler eine Karte der DNA des Weizens. Auf dieser Karte fanden sie fünf spezifische „Standorte“ (genannt Loci), die wie das Immunsystem des Weizens wirken:

1. Drei alte Freunde: Sie fanden Gene, die sie bereits kannten (Yr29, Yr30 und QYr.hzau-3AS). Dies sind wie erfahrene Soldaten, die den Weizen schon seit langer Zeit schützen.
2. Zwei neue Rekruten: Sie entdeckten zwei brandneue Standorte, QYr.hzau-2BS und QYr.hzau-5DL, die zuvor noch nie gesehen wurden. Dies ist wie die Entdeckung neuer, geheimer Bunker in den Stadtmauern.

Einer der neuen Rekruten, QYr.hzau-2BS, war ein Starspieler. Er war allein dafür verantwortlich, zwischen 11 % und 19 % der Macht der Krankheit zu blockieren.

Das magische Werkzeug: Der KASP-Marker
Diese Gene zu finden ist großartig, aber wie findet man sie in einem riesigen Feld, ohne jede einzelne Pflanze zu testen? Die Wissenschaftler entwickelten ein spezielles Werkzeug namens KASP-Marker (speziell benannt als KASP_2BS).

Betrachten Sie diesen Marker als einen Hochtechnologie-Metalldetektor. Anstatt zu warten, bis der Rost angreift und zu sehen, ob die Pflanze stirbt, können Züchter diesen „Detektor“ an einem winzigen Keimling einsetzen. Wenn der Detektor piept, wissen sie, dass diese spezifische Pflanze das starke QYr.hzau-2BS-Gen trägt. Dies ermöglicht es ihnen, die Gewinner sehr früh zu bestimmen, was Zeit und Geld spart.

Die Kraft der Teamarbeit (Gen-Polymerisation)
Die spannendste Entdeckung war, wie diese Gene zusammenarbeiten. Die Studie zeigte, dass Yr29 sehr gut mit anderen Genen zusammenarbeitet. Als die Wissenschaftler Yr29, Yr30 und den neuen QYr.hzau-2BS in einer einzigen Pflanze kombinierten, war das so, als würde man drei verschiedene Arten von Schilden auf einen Ritter stapeln.

Das Ergebnis? Die Krankheitsschwere sank um bis zu 67,8 %. In einigen Fällen wurde der Weizen fast vollständig immun, als könnte die Rost-Armee die Vordertür gar nicht erst durchbrechen.

Das Fazit
Diese Studie hat nicht nur ein paar Gene gefunden; sie hat den Züchtern einen neuen „Super-Weizen-Elternteil“ (Kijil), eine neue Karte, wo die Resistenzgene sich verstecken, einen Metalldetektor (den KASP-Marker), um sie schnell zu finden, und eine Strategie gegeben, diese Gene für maximalen Schutz zusammenzustapeln. Das Ziel ist es, diese Werkzeuge zu nutzen, um zukünftige Weizensorten zu züchten, die dem Gelbrost standhalten können, um so die Ernährungssicherheit zu gewährleisten, ohne ausschließlich auf chemische Spritzmittel angewiesen zu sein.