29 - Grundlagen der Züchtung, Sorten-, Saatgut- und Mikroorganismenforschung

© Carole Parodi, Agroscope

Programmverantwortung:

Programmleitung:

Ausgangslage

• Hintergrundinformationen

  Durch den Wandel in der Land- und Ernährungswirtschaft, mit neuen Anforderungen an die Produktionssysteme durch den Klimawandel, der Verknappung natürlicher Ressourcen und der Reduktion von Hilfsstoffen wie Pflanzenschutzmittel, Kunstdünger oder Kraftfutter, werden umweltschonende, nachhaltige Lösungen immer dringender. Die Züchtung von effizienten Nutzpflanzen und Nutztieren ist eine der wichtigsten Strategien in der Entwicklung von leistungsfähigen und agrarökologischen Produktionssystemen und für eine ressourceneffiziente, standortangepasste Pflanzen- und Tierproduktion. Grundlegend für eine erfolgreiche Tier- und Pflanzenzucht ist dabei der Erhalt und die Verfügbarkeit von gut charakterisierten genetischen Ressourcen, um neue Merkmale zu entwickeln und auf veränderte Umweltbedingungen und Anforderungen rasch reagieren zu können. Damit eng verbunden sind auch immer Mikroorganismen, welche mit Pflanzen und Tieren interagieren und diese positiv oder negativ beeinflussen können. Durch die grossen Fortschritte in der Genomforschung und der Entwicklung neuer Technologien zur praktischen Nutzung dieses Wissens konnten bereits jetzt der Zuchtfortschritt bei Pflanzen und Tiere erhöht und das Verständnis des Zusammenspiels von Mikroorganismen mit Tier, Pflanze und Mensch stark erweitert werden. Um in Zukunft den dringend benötigten Zuchtfortschritt weiter verbessern zu können, ist es notwendig, präzis erfasste Phänotypen mit umfangreichen genomischen Informationen zu verknüpfen und neue statistische und bioinformatische Ansätze zu entwickeln, welche in vielen Fällen gleichermassen für alle Organismen nutzbar sind und rasch übertragen werden können. Die neuen Methoden sollen gleichzeitig zu einem vertieften Verständnis der Genotyp x Umwelt-Interaktionen beitragen.

  Der Erfolg einer Neuzüchtung im Markt zeigt sich in deren grossflächigen Nutzung und ist letztlich durch die Akzeptanz in der Praxis und entlang der Wertschöpfungskette bis zum Konsumenten getrieben. Für die erfolgreiche Skalierung einer neuen Sorte müssen im Pflanzenbau verlässliche Informationen zu den Sorten aus der Zulassung und weiteren Prüfnetzwerken verfügbar sein und zum richtigen Zeitpunkt grosse Mengen von hochwertigem Saatgut bereitgestellt werden. Die Saatgutproduktion wird dazu von einem umfassenden, gesetzlich regulierten Qualitätsmanagementsystem überwacht. Die Methodik und die Definition der untersuchten Eigenschaften für die Sortenprüfung und die Saatgutqualität müssen dabei mit den wissenschaftlichen Entwicklungen Schritt halten und aktiv vorangetrieben werden.

Zielsetzung

Die Forschungsprojekte in diesem Programm sollen die Potenziale neuer technologischer Entwicklungen für die Züchtung, Mikrobiom- und Saat- und Pflanzgutforschung nutzbar machen und neue Methoden den Anwendern bereitstellen.

Zudem steht die Entwicklung von konkret nutzbaren Eigenschaften und Zuchtzielen und der Erhalt und die Beschreibung von Sammlungen von genetischen Ressourcen (inkl. Mikroorganismen) im Vordergrund.

• Spezifische Ziele

  • Entwicklung von Methoden und deren Anwendung zur Erhaltung, Charakterisierung und Nutzbarmachung von genetischen Ressourcen (Pflanzen, Tiere, Mikroorganismen). Beispielsweise: Charakterisierung von Wildbienenpopulationen, Genotypisierung bzw. Sequenzierung von Genomen und Mikrobiomen, effiziente Rückkreuzungsprogramme.
  •  Entwicklung molekularer Grundlagen und Prüfung von neuen Technologien für eine schnellere und präzisere Tier- und  Pflanzenzucht und zur Aufklärung von Stoffwechselwegen in Modellorganismen. Beispielsweise: Markerentwicklung und effiziente, KI-basierte Sequenzdaten-Analyse, Genomische Selektion, Genomeditierung und Epigenetik.
  • Entwicklung von Hochdurchsatz-Verfahren zur präzisen Messung phänotypischer Eigenschaften. Beispielsweise: NIRS-Modelle, Messung von Stresssymptomen basierend auf Bilddatenauswertung.
  • Ansätze um Pflanze - Mikrobiom und Tier - Mikrobiom - Interaktionen zu verstehen und nutzbar zu machen. Beispielsweise: Abwehr von Pilzinfektionen oder Methanbildung bei Wiederkäuern.
  • Methodenentwicklung für die Sortenprüfung, welche neue Erfordernisse im Anbau und der Verarbeitung abbilden. Beispielsweise: die Toleranz von neuen Sorten gegenüber Trockenstress.
  • Entwicklung von automatisierbaren, hocheffizienten, klassischen und molekularen Untersuchungsmethoden und Untersuchungsparameter zur Sicherung von sortenechtem, gesundem, reinem und keimfähigem Vermehrungsmaterial (inkl. Wildpflanzen). Mit Beteiligung der Branche Untersuchung der Faktoren, welche bei der Saatgutproduktion dessen Keimfähigkeit beeinflussen. Zudem neue Methoden zum Schutz von Saatgut (beispielsweise die Elektronenbeizung) entwickeln, validieren und zulassen.

Erwartete Auswirkungen

Das vertiefte Verständnis von Genotyp-Umwelt Interaktionen und die Verwendung von modernen Selektions- und Prüfmethoden ermöglichen einen schnelleren Zuchtfortschritt für die Anpassung an sich verändernde Umweltbedingungen und neue Anforderungen der Praxis. Sie ermöglichen, auch ambitionierte Zuchtziele wie gute Krankheitsresistenz, Wasser- oder Nährstoffnutzungseffizienz bei gleichzeitig hoher Qualität und stabiler Leistung schneller und gezielter zu erreichen. Der Einsatz neuer Zuchtmethoden zur Erreichung dieser Zuchtziele wurde evaluiert und getestet. Dadurch und mit modernen (Sorten)-Prüfsystemen werden der Praxis neue Sorten und Zuchtlinien rascher zur Verfügung stehen und die Produktivität gesichert. Zudem können durch Effizienzsteigerungen bei vergleichbaren Kosten auch zusätzliche Proben analysiert oder neue Arten züchterisch bearbeitet und der Praxis zur Verfügung gestellt werden. Das Grundlagenwissen soll auch in Zusammenarbeiten mit Partnern, z.B. dem "Swiss Plant Breeding Center" oder "Swiss Genetics" eingebracht und damit die Konkurrenzfähigkeit des Schweizer Züchtungssektors gestärkt werden.

Im Hinblick auf die Versorgung mit hochwertigem Saatgut werden neue Herausforderungen im Hinblick auf die Saatgutqualität zeitnah erkannt, Saatgutqualitätsuntersuchungen werden schneller, billiger und informativer. Durch den Einsatz von DNA-basierten Methoden und neuer Daten zur Keimphysiologie kann ein tieferes Verständnis von Saatgutqualität bei Kultur- und Wildpflanzen gewonnen und werden. Dank den Vollzugstätigkeiten steht genügend hochwertiges Saat- und Pflanzgut zur Verfügung und die genetischen Ressourcen werden erhalten und sind für die nachhaltige Nutzung verfügbar.

Projekte

Mehr dazu