Hochauflösende Kartierung der Virusresistenzgene rym11 und Ryd3 der Gerste (Hordeum vulgare L.)
Die durch Barley Yellow Mosaic Virus (BaYMV) und Barley Mild Mosaic Virus (BaMMV) verursachte Gelbmosaikvirose der Gerste und die durch das Barley Yellow Dwarf Virus (BYDV) sowie das Cereal Yellow Dwarf Virus (CYDV) verursachte viröse Gelbverzwergung können bei anfälligen Gerstensorten zu erheblichen Ertragsverlusten führen. Dabei sind für beide Krankheiten chemische Bekämpfungsmaßnahmen weder ökonomisch noch ökologisch sinnvoll, so dass der Anbau toleranter/resistenter Sorten das wirksamste Mittel darstellt, um Ertragsverluste zu vermeiden. Hierfür stehen der Gerstenzüchtung gegenüber beiden Krankheitserregern verschiedene Resistenzgene zur Verfügung, wobei Ryd3 75% der phänotypischen Varianz der Toleranz gegenüber BYDV-PAV und BYDV-MAV erklärt, während rym11 gegen alle europäischen Erreger der Gelbmosaikvirose Resistenz verleiht. Um sowohl die Struktur der beiden Gene und ihren Resistenzmechanismus aufzuklären, als auch in Zukunft ein zielgerichteteres Einbringen der Resistenzgene in Elitematerial zu gewährleisten, war es Ziel dieser Arbeit die Grundlagen für die Isolierung dieser Gene zu schaffen. Da keine Informationen über das Genprodukt selbst vorlagen, wurde hierfür die Strategie der kartengestützten Genisolierung gewählt. Dabei mussten beide Gene aufgrund ihrer unmittelbaren Nähe zum centromerischen Bereich von Chromosom 4H bzw. 6H möglichst hochauflösend kartiert werden. Für Ryd3 wurden 3.210 F2 Pflanzen einer Kreuzung des anfälligen Elters `L94 QTL3´ mit dem resistenten Elter `L94´ mit den co-dominanten flankierenden Markern GMS006 und GBM1063 analysiert. Von 31 getesteten öffentlichen Markern kartierten 10 Marker in dem 7,31 cM großen Intervall von GMS006 – GBM1063 und sieben Marker co-segregierten mit Ryd3. Für das auf 2,44 cM eingekürzte Markerintervall GBS0655 - WBE201 zeigten 121 RILs ein Rekombinationsereignis und die phänotypische Analyse der Toleranz (t) versus Anfälligkeit (s) gegenüber BYDV ergab die erwartete 1t:1s Aufspaltung (58r : 63s; Chi²(1t:1s) = 0,207) eines Hauptgenes. Ein Sequenzabgleich mit dem Reisgenom identifizierte auf Reischromosom Os02 eine syntäne Region von 19 Mb, und weitere Marker wurden unter Nutzung einer weitgehenden Makrokollinearität zu Reis, Brachypodium und Sorghum aus öffentlichen EST Sequenzen und Sequenzen aus dem Genome Zipper entwickelt. Von 15 informativen Gersten Unigenes co-segregierten U35_02578_540-712 und U35_16315_345-563 mit Ryd3. Ein weiterer co-segregierender Marker konnte mit dem DArT Marker bPb-3722 mittels Bulked Segregant Analysis (BSA) identifiziert werden. Eine diagnostische Testung der identifizierten Marker auf 33 Genotypen, bestehend aus Ryd2 und Ryd3 Donoren sowie anfälligen Linien zeigte, dass kein einzelner Marker in der Lage ist, zwischen Ryd2 und Ryd3 Donoren zu unterscheiden, dies aber mit einer Kombination der Marker GBMS0107 und GBMS0135 möglich ist. Für rym11 wurden 5.102 F2 Pflanzen einer Kreuzung der anfälligen Sorte `Naturel´ mit dem resistenten Elter `W757/112´ bzw. `W757/612´ mit den co-dominanten flankierenden Markern HVM03 und HVM68 analysiert. Von 82 getesteten öffentlichen Markern kartierten 18 Marker in dem 10,72 cM großen Intervall von HVM03 und HVM68. Für das auf 1,87 cM eingekürzte Markerintervall GBS0887 - GBS0506 zeigten 100 RILs ein Rekombinationsereignis und die phänotypische Analyse der Resistenz (r) versus Anfälligkeit (s) gegen BaMMV ergab die erwartete 1r:1s Aufspaltung (52r : 48s; Chi²(1t:1s) = 0,163). Eine hochkonservierte Kollinearität mit Reischromosom Os03 konnte für eine Syntänie basierte Markerabsättigung genutzt und nach Verankerung der genetischen Karte von rym11 mit demn Genome Zipper automatisiert werden. Neben der Markerentwicklung aus 17 informativen Unigenes wurden aus Sequenzinformationen aus dem Genome Zipper 70 sequencetaggedsite (STS) Marker entwickelt und die Marker U32_3699A und sel.1167 kartiert. In einem letzten Schritt der Markerabsättigung wurden aus acht informativen Contigs der Gerstensorte `Morex´ Marker abgeleitet, und die Marker C_1030750_B und C_1012894_B grenzten das gentragende Interval auf 0,074 cM ein, während C_205243_B und C_205243_E1f&4730r mit rym11 co-segregierten. Der Polymorphismus des Markers C_205243_E1f&4730r beruht auf einer 1.375 bp großen Deletion, die bei den resistenten Eltern `W757-112´ und `W757-612´ zu einem Funtionsverlust des Gerstengens HvPDIL5-1 führt, damit eine erfolgreiche Infektion mit BaYMV und BaMMV ausschließt und somit Resistenz vermittelt.
Barley yellow mosaic virus disease, caused by Barley yellow mosaic virus (BaYMV) and Barley mild mosaic virus (BaMMV), as well as Barley yellow dwarf disease which is caused by Barley yellow dwarf virus (BYDV) and Cereal yellow dwarf virus (CYDV) lead to severe yield losses in susceptible cultivars. For both diseases chemical control is neither economically nor ecologically reasonable, so rendering the cultivation of tolerant/resistant varieties is the most effective way to prevent yield losses. In barley several resistance genes are available for resistance breeding against both virus diseases, with Ryd3 explaining 75 % of the phenotypic variance regarding tolerance against BYDV-PAV and BYDV-MAV, while rym11 confers resistance against all European agents of Barley yellow mosaic virus disease. In order to get detailed information on the structure and the underlying resistance mechanism of both genes as well as providing a better targeted introgression of the resistance genes into elite material, the aim of this study was to isolate these genes. Since no information about the gene product was available, a mapped based cloning strategy was applied. Because of the gene´s proximity to the cenromere of barley chromosome 4H and 6H, respectively, the genes had to be mapped at high resolution. For Ryd3 3,210 F2-plants of a cross between the susceptible line `L94-QTL3´ with the resistant line `L94´ were analysed with the co-dominant flanking markers GMS006 and GBM1063. Out of a set of 31 public markers, 10 markers mapped in the 7.31 cM interval of GMS006 – GBM1063 and 7 markers co-segregated with Ryd3. For the shortened marker-interval GBS0655 – WBE201 121 RILs showed a recombination event and the phenotypical analysis for tolerance (t) vs. susceptibility (s) against BYDV was consistent with the expected 1r:1s ratio for a major gene (58t vs. 63s; Chi2(1t:1s) = 0.207). A sequence comparison with the rice genome identified a syntenic region of 19 Mb on rice chromosome Os02 and further marker were developed by exploitation of a widely existing macrocollinearity to rice, Brachypodium and sorghum from public EST sequences and from the Genome Zipper. Out of 15 barley ESTs the unigenes U35_02578_540-712 and U35_16315_345-563 co-segregated with Ryd3. With DArT-marker bPb-3722 another co-segregating marker was identified by means of a bulked segregant analysis (BSA). A test of the diagnostic value of the developed markers on a panel of 33 barley genotypes consisting of known Ryd2 and Ryd3 donors as well as susceptible cultivars showed that no single marker alone could consistently discriminate Ryd3 from non-Ryd3 genotypes, but the combination of the markers GBMS0107 and GBMS0135 could. For rym11 5,102 F2-plants of a cross between the susceptible cv. `Naturel´ with the resistant lines `W757/612´ and `W757/112´ were analysed with the co-dominant flanking markers HVM03 and HVM68. Out of a set of 82 public markers 18 markers mapped in the 10.72 cM interval of HVM03 – HVM68. For the shortened marker interval GBS0887 – GBS0506 100 RILs had a recombination event and the phenotypical analysis for resistance (r) vs. susceptibility (s) against BaMMV was consistent with the expected 1r:1s ratio (52r vs. 48s; Chi2( (1t:1s) = 0.163). A well preserved collinearity with rice chromosome Os03 was exploited for a synteny based marker saturation approach and could be automated after anchoring the genetic map of rym11 with the Genome Zipper. Besides marker development out of 17 informative unigenes additional 70 sequence-tagged-site (STS) markers were developed out of sequence information from the Genome Zipper and the markers U32_3699A and sel.1167 could be mapped. In the last step of marker saturation markers were developed out of 8 informative contigs of the cultivar `Morex´ and the markers C_1030750_B and C_1012894_B shortened the gene carrying interval to 0,074 cM, whereas the markers C_205243_B and C_205243_E1f&4730r were co-segregating with rym11. The polymorphism of marker C_205243_E1f&4730r is based on a 1,375 bp large deletion which causes in the resistant parents `W757-112´ und `W757-612´ a loss of function of the barley gene HvPDIL5-1 so denying BaYMV and BaMMV a host factor.
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