Innovations- und Forschungsprojekt
DH-Weizen: Entwicklung und Etablierung einer neuen Technik für die Produktion von doppelhaploiden Winterweizen-Zuchtstämmen

Eine neueTechnik für die Produktion von doppelhaploiden Winterweizen-Zuchtstämmen zur Verbesserung der Konkurrenzfähigkeit bayerischer Saatzuchtunternehmen sollte entwickelt und etabliert werden.
Ziel unseres Projektes war es, an der LfL - neben der bestehenden und als Routine-Methode eingesetzten Weizen x Maismethode - die effizientere und kostengünstigere Antherenkultur-Methode zur Produktion von doppelhaploidem Winterweizen (Triticum aestivum L.) zu etablieren.
Biotechnologisch erzeugte doppelhaploide (DH) Pflanzen werden sehr häufig in der Pflanzensortenzüchtung eingesetzt. Sie verkürzen den Zuchtgang um mehrere Jahre.

DH-Pflanzen sind zu hundert Prozent homozygot, sie sind komplett reinerbig. Alle väterlichen und mütterlichen Gene sind identisch. Solche Pflanzen lassen sich im Zell- und Gewebekultur-Labor ausschließlich aus den haploiden Keimzellen regenerieren. Die männlichen Keimzellen der Pflanze sind die Pollenvorläuferzellen, die Mikrosporen, die sich in den Staubblättern, den Antheren, bilden. Die weibliche Keimzelle ist die Eizelle. Die Keimzellen besitzen nur einen, aus der vorausgegangenen Reduktionsteilung, der Meiose, hervorgegangenen Chromosomensatz. Der normale, bei allen höheren Organismen herrschende diploide Zellkern-Zustand wird natürlicherweise durch die Fusion der Eizelle mit der Spermazelle während der Befruchtung wieder hergestellt. Im Spezialfall der induzierten Regeneration von Pflanzen aus isolierten Mikrosporen geschieht dies während der ersten Zellteilungen überwiegend spontan durch identische Verdopplung des Genoms. Bei der anderen Methode zur Erzeugung doppelhaploider Pflanzen, der Weizen mal Mais-Methode, muss die chromosomale Verdopplung durch Applikation des Mitosegiftes Colchizin erzwungen werden.

Neben der deutlich erhöhten Effizienz hat die Antherenkultur-Methode den weiteren Vorteil der Spontanaufdopplung des Chromosomensatzes, so dass der umweltbelastende Einsatz von Colchizin entfallen kann. Da die Antherenkultur-Tauglichkeit sehr stark von der Genetik der jeweiligen Pflanzensorte oder Zuchtlinie abhängt, wurden zunächst Vorversuche mit Sorten durchgeführt, deren Antherenkultur-Tauglichkeit bekannt war. Mit den Modellsorten Svilena, Florida und Pamier wurde ein sehr praktikables Protokoll für die Antherenkultur erarbeitet. In der Folge wurden 222 Winterweizen-Genotypen (132 Zuchtstämme und 90 Sorten) aus bayerischen Zuchtprogrammen auf die Fähigkeit getestet, doppelhaploide Pflanzen über diese Methode entwickeln zu können. Die Versuche wurden sowohl im Gewächshaus als auch auf dem Feld durchgeführt.

Um die bisherige DH-Produktionsmethode (Weizen x Mais Methode) durch die Antherenkultur in unserem Labor zu ersetzen, ist es notwendig mit dieser Methode mindestens 4 grüne Pflanzen pro Ähre zu erzeugen. Unsere Screening-Ergebnisse des in Bayern verwendeten Genpools weisen 31 Genotypen (21 Zuchtlinien und 10 Sorten) auf, die dieses Kriterium gut erfüllen. Im Durchschnitt regenerierten sie 9 grüne Pflanzen pro Ähre über die Antherenkultur und bildeten den diploiden Chromosomensatz spontan zu knapp 40 %. Die Sorte SU Selke erreichte einen Spitzenwert von 30 grünen Pflanzen pro Ähre, bzw. 72 grünen Pflanzen/100 Antheren mit einer Aufdopplungsrate von 42 %.

Damit besitzen mindestens 15 % der getesteten Genotypen das komplexe Merkmal Antherenkultur-Tauglichkeit. Es wäre wünschenswert, dass die Weizenzüchter ein Augenmerk auf die Einkreuzung von „Antherenkultur-affinen“ Sorten legen, um die Vorteile der DH-Pflanzen in Zukunft noch besser nutzen zu können.