Genetic regulation of juvenile plant growth under contrasting levels of phosphorus, potassium and carbon dioxide nutrition in the wild barley introgression library S42IL

Abstract

Nährstoffmangel, aber auch steigende Kohlendioxidkonzentrationen in der Atmosphäre sind weltweit wirkende Stressfaktoren, die die Ertragsleistung der heutigen Nutzpflanzen begrenzen. Die wichtigste Aufgabe der Pflanzenzüchtung ist die Bereitstellung von geeigneten Zuchtmaterial für die Pflanzenproduktion, welche an die entsprechenden Stressbedingungen angepasst sind. Um dieses Ziel zu erreichen, werden Wildarten aus dem Verwandschaftskreis einer Kulturart verwendet. Auf ihrer Basis werden Introgressionslinien durch die Einführung von wilden / exotischen Spenderallelen in den Elitegenpool dieser Kulturpflanze entwickelt. Die ILs und die Kontrollsorte "Scarlett" wurden gemeinsam sowohl unter Phosphor- als auch unter Kaliummangel im Vergleich zu einer Standardnährlösung in Hydrokultur unter Gewächshausbedingungen kultiviert. In beiden Untersuchungen wurden vorteilhafte Hsp-Allele für die Gerstezüchtung gefunden. In den CO2-Klimakammerversuchen wurden die ILs sowohl unter 760 ppm als auch unter 380 ppm untersucht. Es konnte gezeigt werden, dass 31 QTLs mit solchen aus früheren auf Basis des gleichen Sets an ILs übereinstimmen.

Nutrient deficiencies, but also a rising carbon dioxide concentration in the atmosphere are global stress factors that limit yield performance on today's crops. The most important task of plant breeding is the provision of suitable breeding material for plant production adapted to these stress conditions. In order to realize this goal, wild relatives of a corresponding crop plant, for example barley, are used. On their basis, wild barley introgression lines (ILs) are developed by introducing wild / exotic donor alleles into the elite barley gene pool. In the hydroculture experiments in the greenhouse the ILs and the control variety ‘Scarlett’ were analysed both under phosphorus or potassium deficiency compared to a standard nutrient solution as control. Both investigations revealed useful Hsp alleles for barley breeding. In growth chamber experiments the ILs were tested under 760 ppm compared to 380 ppm. In total, 31 QTLs (quantitative trait loci) confirmed Hsp effects already identified in previous hydroculture, greenhouse and field experiments with the same set of introgression lines.