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A MAGIC population as an approach to the conservation and development of genetic diversity of winter barley for breeding purposes by on-farm management

GND
1059146991
Affiliation
Julius Kuehn-Institute (JKI), Federal Research Centre for Cultivated Plants, Institute for Breeding Research on Agricultural Crops, Quedlinburg, Germany
Bülow, Lorenz;
GND
1059147343
Affiliation
Julius Kuehn-Institute (JKI), Federal Research Centre for Cultivated Plants, Institute for Breeding Research on Agricultural Crops, Quedlinburg, Germany
Nachtigall, Marion;
GND
1059147041
Affiliation
Julius Kuehn-Institute (JKI), Federal Research Centre for Cultivated Plants, Institute for Breeding Research on Agricultural Crops, Quedlinburg, Germany
Frese, Lothar

Additional genetic diversity in crop breeding programmes and in crop production is required to better cope with the impact of climate change. To complement ongoing activities of winter barley breeders, an evolutionary plant breeding programme has been initiated in 2008. Out of 227 German winter barley varieties released between 1914 and 2003, a set of 58 varieties was genetically analysed using SSR markers. Among these, 32 genotypes representing the genetic diversity of the whole set were crossed according to the Multi-parent Advanced Generation Inter-Cross scheme (MAGIC) over six generations. The resulting 324 lines were combined to form a heterogeneous MAGIC winter barley population. In order to adapt to regional agricultural conditions, MAGIC subpopulations are currently being cultivated within a network of 12 eco-geographically contrasting locations and subjected to natural site-related selection as evolutionary bulks. Cultivation and seed saving will take place over a period of 6 to 8 years under high and low input production conditions. An information system named ROBUSTUM has been developed for consistent recording of cultivation conditions, of characterisation and evaluation data as well as for documentation of the pedigree and for subsequent data analyses. The present approach enables a continuous and dynamic adaptation of the natural genetic diversity present in our crops to climatic and site-related agronomic changes. This makes the evolutionary bulk particularly suitable for organic cultivation, but also for marginal sites and locations with unfavourable soil and weather conditions. In view of increasingly extreme climatic conditions, these properties may become even more important for agriculture in the future. Populations also contribute to the maintenance and development of a genetic diversity as broad as possible. This approach enables estimation of the potential of evolutionary bulks to contribute to the development of sustainable agricultural production systems.

Zusätzliche genetische Diversität in Züchtungsprogrammen und im Wintergerstenanbau sind erforderlich, um den Auswirkungen des Klimawandels besser begegnen zu können. Um bestehende Aktivitäten der Wintergerstenzüchter zu ergänzen, wurde 2008 mit einem Programm zur Populationszüchtung begonnen. Von insgesamt 227 deutschen Wintergerstesorten, die im Zeitraum von 1914 bis 2003 eine Sortenzulassung erlangten, wurden 58 Sorten mit SSR-Markern genetisch analysiert. Davon wurden 32 möglichst divergente Elternlinien ausgewählt und anschließend über 6 Generationen nach einem multiparentalen Kreuzungsschema (MAGIC) miteinander gekreuzt. Die daraus resultierenden 324 Linien wurden zu einer heterogenen MAGIC-Population vereint. Um sich an regionale Bedingungen anzupassen und auszudifferenzieren, werden derzeit MAGIC-Subpopulationen in einem Netzwerk bestehend aus 12 unterschiedlichen, ökogeografisch kontrastierenden Standorten in Deutschland an- und nachgebaut und somit als Evolutionsramsche einer natürlichen standortbedingten Selektion unterzogen. Der Nachbau wird über einen Zeitraum von 6 bis 8 Jahren erfolgen und beinhaltet für jeden Standort zwei unterschiedliche Intensitätsstufen bezüglich Düngung und Pflanzenschutzmaßnahmen. Für die Protokollierung der Anbaubedingungen, die Erfassung von Evaluierungsdaten, aber auch zur Dokumentation des MAGIC-Kreuzungsschemas sowie für nachfolgende Datenanalysen wurde das Informationssystem ROBUSTUM entwickelt. Der beschriebene Ansatz erlaubt eine kontinuierliche und dynamische Anpassung der natürlichen genetischen Vielfalt in unseren Kulturpflanzen an klimatische und standortbedingte agronomische Veränderungen. Damit eignen sich Evolutionsramsche besonders für den ökologischen Anbau, aber auch für Grenzlagen und Standorte mit ungünstigen Boden- und Witterungsbedingungen. Vor dem Hintergrund zunehmender extremer Klimabedingungen können diese Eigenschaften in Zukunft noch eine weitaus größere Bedeutung für die Landwirtschaft erlangen. Populationen tragen ferner zum Erhalt bzw. Aufbau einer möglichst breiten genetischen Vielfalt bei. Mit diesem Ansatz lässt sich das Potenzial von Evolutionsramschen abschätzen, das zur Entwicklung nachhaltiger landwirtschaftlicher Produktionssysteme beitragen kann.

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