Identifikation von Austriebs- und Blühloci im Genom der Weinrebe, zugrunde liegender Kandidatengene sowie genetischer Marker zur Marker-gestützten Selektion
Phänologische Merkmale wie Austriebs- und Blühzeitpunkt sind durch die Aktivität einer Vielzahl an Genen innerhalb eines komplexen Kontrollnetzwerks bedingt. Die Ausprägung des Phänotyps wird zusätzlich stark durch Umweltbedingungen beeinflusst, was die genetische Untersuchung dieser Merkmale erschwert. In der vorliegenden Arbeit konnten Quantitative Trait Loci (QTL) für den Austriebszeitpunkt auf den Chromosomen 3, 4, 7 und für den Blühzeitpunkt auf den Chromosomen 1, 4, 7, 8, 14, 17, 18 und 19 in einer biparentalen Kreuzungspopulation der Weinrebe identifiziert werden. Additive Effekte zwischen den einzelnen Loci für den Blühzeitpunkt waren erkennbar. Der QTL auf Chromosom 14 zeigt den größten Einfluss auf die Merkmalsausprägung, er wird als Haupt-QTL für den Blühzeitpunkt in der untersuchten Population angesehen. Durch eine Vergrößerung der biparentalen Kreuzungspopulation, Erstellen einer verbesserten genetischen Karte und QTL-Analyse konnten die Blüh-QTLs im Rebengenom exakter positioniert werden. Bisher sind keine genetischen Marker für die Marker-gestützte Selektion des Blühzeitpunktes in der Rebenzüchtung etabliert. Die Verfügbarkeit solcher Marker würde die zielgerichtete Züchtung später blühender Sorten im Angesicht des Klimawandels, der zu einer Verfrühung der Phänologie führt, ermöglichen. In der vorliegenden Arbeit wurde untersucht, ob SSR-Marker aus den QTL-Bereichen übertragbar sind auf Rebsorten mit verschiedenen genetischen Hintergründen. Als Ergebnis können Marker vorgeschlagen werden, die das Potential zeigen, eine Gegenselektion von früher blühenden Genotypen in Zuchtprogrammen zu ermöglichen. Kandidatengene aus den QTL-Bereichen auf den Chromosomen 7 und 14 wurden genauer untersucht. Sie spielen möglicherweise bei (i) der Regulierung der Blühinduktion und Infloreszenzverzweigung in den Winterknospen, (ii) der Initiierung des Austriebs und der damit verbundenen Differenzierung und korrekten morphologischen Entwicklung von Blättern sowie (iii) der Hemmung des Austriebs durch Aufrechterhaltung der Dormanz im Winter und bei (iv) der Einzelblütenentwicklung nach dem Austrieb eine Rolle.
Phenological traits such as the timing of bud break and flowering are regulated by the activity of various genes within an intricate control network. Besides this polygenic nature, the strong impact of environmental cues complicates the study of these traits additionally. In the present work, quantitative trait loci (QTL) for time of bud break on the linkage groups 3, 4, 7 and for time of full bloom on the linkage groups 1, 4, 7, 8, 14, 17, 18 and 19 of a biparental grapevine cross population were identified. Additive effects of the flowering time QTLs could be demonstrated. The QTL on linkage group 14 has the greatest influence on flowering time and is regarded as the main QTL for this trait in the investigated cross population. By increasing the number of F1-individuals and creating an improved genetic map, the positions of the QTLs in the grapevine genome could be refined. So far, no genetic markers for marker assisted selection (MAS) of flowering time are available. The availability of such markers would allow the targeted breeding of later flowering varieties in the face of climate change leading to accelerated phenology. The transferability of SSR markers from the identified QTL regions to a set of genetically diverse grapevine varieties was examined. As a result, several SSR markers can be proposed, which show the potential to enable a counter selection of earlier flowering genotypes in breeding programs. The seasonal expression profiles of candidate genes within the QTL regions on linkage groups 7 and 14 were examined. They play potential roles (i) in the regulation of floral induction and inflorescence branching within the winter buds, (ii) in the initiation of bud break and the associated differentiation and correct morphological development of leaves, (iii) in inhibition of bud break by maintaining dormancy in winter and (iv) in single flower development after bud burst.
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