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With an improved root system to higher drought tolerance in wheat
Mit verbessertem Wurzelsystem zu höherer Dürretoleranz beim Weizen


Groß Lüsewitz/Quedlinburg, Germany
May 12, 2020

In einer Nahaufnahme der Wurzel sieht man unzählige winzige Wurzelhärchen. Sie helfen der Roggenpflanze auch bei Dürre besser an Wasser heranzukommen.
Lengthwise the fine root hairs of single rye plants add up to 11,000 km ensuring the effective uptake of water and nutrients even under dry conditions. ©B. Hackauf/JKI

 

Launch of project: Research alliance borrows from a close relative to adapt Germany’s most important cereal grain to climate change. Joined press release of the Federal Office for Agriculture and Food, the Wheat Initiative and the Julius Kuehn Institute

Wheat is the most important small grain cereal worldwide. The precipitation in April 2020 was below the long-term average, following the trend of the past 11 years. This demonstrates that wheat cultivation in Germany is increasingly affected by drought. A research alliance, which includes three German plant breeding companies, the Bavarian State Research Center for Agriculture and the Julius Kühn Institute, JKI in short, aims to adapt wheat to the changing climate. The recently launched project TERTIUS is supported by the German Ministry of Food and Agriculture through the Federal Office for Agriculture and Food.

The water uptake through the roots is of central importance to improve drought tolerance. In this context, a close relative of wheat, cereal rye, serves more than just a model. “Rye initially occurred as weed in fields of wheat,” Dr. Bernd Hackauf from JKI says. “In such plant communities spontaneous hybridizations between closely related cereals happen under natural conditions,” says the research scientist working at the JKI location in Groß Lüsewitz. Indeed, many modern wheat varieties worldwide carry segments inherited from rye in their genomes, which may encode for an improved root system.
 


Durch Anzucht in einem Spezialgefäß wird das weit verzweigte unterirdische Wurzelnetz der Roggenpflanze sichtbar.
The root system of a single rye plant covers a surface area of 237 squaremetres. ©B. Hackauf/JKI
 

This genetic information is of particular interest to the project TERTIUS. “This bond with rye can be identified in modern elite bread wheat and, thus, offers a great opportunity for a contemporary adaption of wheat to climate change. Observations from large scale performance trials under the drought in Germany in 2018 and 2019 reveal that this comparatively small segment of the rye genome is a key for increasing the drought tolerance of bread wheat,” Hackauf states.

However, the use of the desired genes is often compromised by other genes derived from rye, which have a negative impact on the processing quality of wheat. The aim of TERTIUS is to overcome this challenge by breaking up the linkage between desired and undesired traits. For this purpose, the scientists take advantage of a recent scientific breakthrough. The International Rye Genome Sequencing Consortium was able to comprehensively characterize the rye genome. According to Hackauf the genetic blueprints now available for rye and wheat will enable much faster and more precise improvement of important traits.

In the 2035 Arable Farming Strategy discussion paper of the BMEL, TERTIUS is the flagship project in the plant breeding area of action. “En route to the agriculture of the future, the tertiary gene pool of wheat, to which rye belongs, is a plant genetic resource that has been less comprehensively explored so far. Therefore, TERTIUS provides a valuable contribution to international wheat research activities aiming at the development of breeding strategies to achieve food security,” explains the President of the JKI, Prof. Dr. Frank Ordon. He points out that TERTIUS is integrated into the global Alliance for Wheat Adaption to Heat and Drought under the roof of the Wheat Initiative and is completely in line with the Wheat Initiative's slogan “Together, we are creating future wheat!”.

Background

To meet the future demand for wheat, innovative approaches and global cooperation for the development of climate-adapted varieties are required. A funding announcement published in August 2018 for innovations to breed high-performance wheat varieties in the context of climate change complements an initiative launched in 2013 by the German Federal Ministry of Food and Agriculture to promote the intensive tackling of current and complex issues. The Federal Office for Agriculture and Food coordinates the research as part of the program to promote innovations. Based on a peer-review process, 11 out of 21 submitted pre-proposals were considered eligible. While first projects were launched in autumn 2019, the TERTIUS project started in April 2020.

Partners

  • Bavarian State Research Center for Agriculture, Freising
  • Deutsche Saatveredelung AG, Lippstadt
  • Julius Kühn-Institut, Quedlinburg
  • Saatzucht Streng-Engelen, Aspachhof
  • Secobra Saatzucht, Moosburg

TERTIUS is financially supported by the German Federal Ministry of Food and Agriculture based on the decision of the Parliament of the Federal Republic of Germany through the Federal Office of Agriculture and Food. For further information see https://www.ble.de/EN/Home/home_node.html

Contact

Dr. Bernd Hackauf
Julius Kühn Institute, Federal Research Centre for Cultivated Plants
Institute for Breeding Research on Agricultural Crops
Rudolf-Schick-Platz 3a, D-18190 Sanitz, Germany
Tel.: +49 38209 45 207
e-mail: bernd.hackauf@julius-kuehn.de

Wheat Initiative

Corinna Harms (Global Coordinator of the AHEAD alliance)
Königin-Luise-Straße 19, 14159 Berlin
Tel.: +49 30 83042601
e-mail: corinna.harms@julius-kuehn.de

Created in 2011 following endorsement from the G20 Agriculture Ministers, the Wheat Initiative provides a framework to establish strategic research and organisation priorities for wheat research at the international level in both developed and developing countries. Its headquarters are located at the Julius Kühn Institute in Berlin-Dahlem, further information at www.wheatinitiative.org.

Publisher

Julius Kühn-Institut, Bundesforschungsinstitut für Kulturpflanzen, Pressestelle (Press and Public Relations)
Author: Stefanie Hahn, Telefon: +49 3946 47-105 or +49 531 299-3207, pressestelle@julius-kuehn.de
www.julius-kuehn.de/presse/
, Twitter: https://twitter.com/jki_bund

 


 

Mit verbessertem Wurzelsystem zu höherer Dürretoleranz beim Weizen

Projektstart: Forschungsallianz will unser wichtigstes Brotgetreide gegen den Klimawandel wappnen und setzt auf Anleihe bei einem nahen Verwandten. Gemeinsame Presseinformation der Bundesanstalt für Landwirtschaft und Ernährung (BLE), der Weizen-Initiative (WI) und des Julius Kühn-Instituts (JKI).

Weizen ist die wichtigste Getreideart für deutsche Landwirte. Die unterdurchschnittlichen Niederschlagsmengen im April 2020 folgen dem Trend der vergangenen Jahre und zeigen, dass auch in Deutschland der Anbau unseres wichtigsten Brotgetreides zunehmend von Dürre beeinträchtigt wird. Eine Forschungsallianz, zu der neben drei deutschen Pflanzenzüchtungsunternehmen auch die Bayerische Landesanstalt für Landwirtschaft sowie das Julius Kühn-Institut zählen, hat sich zum Ziel gesetzt, Weizen an das sich ändernde Klima anzupassen und dürretoleranter zu machen. Das jetzt gestarteten Projekt TERTIUS wird vom Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft (BMEL) über die Bundesanstalt für Landwirtschaft und Ernährung (BLE) gefördert.

Die Wasseraufnahme durch die Wurzeln spielt für die Dürretoleranz eine wesentliche Rolle. Hier ist der Roggen mit seinem hoch entwickelten Wurzelsystem mehr als nur Vorbild. „Weizen war ursprünglich mit Roggen vergesellschaftet,“ weiß Dr. Bernd Hackauf vom JKI. „In solchen Pflanzengesellschaften kommt es unter natürlichen Bedingungen immer wieder zu Kreuzungen zwischen den nah verwandten Arten“, so der Züchtungsforscher aus Groß Lüsewitz. In der Tat tragen weltweit zahlreiche Weizensorten Abschnitte im Genom, die vom Roggen stammen und nachweislich für eine bessere Wurzelausbildung verantwortlich sind.

Solche Erbinformationen sind von besonderem Interesse für das Projekt TERTIUS. „Diese Anleihe vom Roggen ist auch im aktuellen Zuchtmaterial nachweisbar und bietet deshalb eine große Chance, Weizen für den Klimawandel fit zu machen. Beobachtungen unter den extremen Witterungsbedingungen 2018 und 2019 zeigen, dass ein vergleichsweise kleiner genetischer Abschnitt des Roggengenoms ein Schlüssel dazu ist, die Dürretoleranz des Weizens zu erhöhen“, so Hackauf weiter.

Allerdings wird die Nutzung dieser Anleihe oft durch weitere aus dem Roggen übertragene Gene beeinträchtig, die sich negativ auf die Verarbeitungsqualität des Weizens auswirken. Ziel der Züchtungsforscher vom JKI und ihrer Partner ist es deshalb, gewünschte von unerwünschten Eigenschaften zu trennen. Die Arbeiten in TERTIUS profitieren von einem wissenschaftlichen Durchbruch, den das Internationale Konsortium für die Sequenzierung des Roggengenoms (International Rye Genome Sequencing Consortium) kürzlich erzielen konnte, indem es das Erbgut des Getreides umfassend charakterisiert hat. Laut Hackauf ermöglichen die nun vorliegenden genetischen Baupläne für Roggen und Weizen eine sehr viel schnellere und präzisere Nutzung züchterisch wichtiger Eigenschaften.

TERTIUS ist das Leuchtturmprojekt im Handlungsfeld Pflanzenzüchtung des BMEL-Diskussionspapiers zur Ackerbaustrategie 2035. „Auf dem Weg zur Landwirtschaft der Zukunft ist der tertiäre Genpool des Weizens, zu dem der Roggen zählt, eine bislang wenig erforschte pflanzengenetische Ressource. TERTIUS besitzt daher auch auf internationaler Ebene Signalwirkung im Hinblick auf die Entwicklung von züchterischen Strategien zur Bekämpfung des Welthungers“, erklärt der Präsident des JKI, Prof. Dr. Frank Ordon. TERTIUS wird als Beitrag Deutschlands in das globale Netzwerk AHEAD (Alliance for Wheat Adaption to Heat and Drought) integriert, dem Motto der internationalen Weizen-Initiative entsprechend „Together, we are creating future wheat!”.

Hintergrundinformation zum Projekt

Um der zukünftigen Nachfrage nach Weizen gerecht zu werden, sind innovative Ansätze und globale Kooperationen zur Entwicklung klimaangepasster Sorten erforderlich. Die im August 2018 veröffentlichten Förderbekanntmachung von Innovationen zur Züchtung leistungsfähiger Weizensorten im Zeichen des Klimawandels komplettiert eine 2013 vom Bundesministerium für Landwirtschaft und Ernährung (BMEL) begonnene Initiative zur Förderung der intensiven Bearbeitung aktueller und komplexer Fragestellungen. Die Bundesanstalt für Landwirtschaft und Ernährung (BLE) koordiniert als Projektträger die Forschungen im Rahmen des Programms zur Innovationsförderung. Auf Grundlage einer fachlichen Bewertung durch ausgewiesene Experten wurden 11 von insgesamt 21 eingereichten Skizzen als förderwürdig eingestuft. Nachdem erste Projekte bereits ab Herbst 2019 gestartet sind, folgte der Beginn des Projektes TERTIUS am 1. April 2020.

Partner

Bayerische Landesanstalt für Landwirtschaft, Freising
Deutsche Saatveredelung AG, Lippstadt
Julius Kühn-Institut, Bundesforschungsinstitut für Kulturpflanzen, Quedlinburg
Saatzucht Streng-Engelen, Aspachhof
Secobra Saatzucht, Moosburg

Die Förderung des Vorhabens TERTIUS erfolgt aus Mitteln des Bundesministeriums für Ernährung und Landwirtschaft (BMEL) aufgrund eines Beschlusses des deutschen Bundestages. Projektträger ist die Bundesanstalt für Landwirtschaft und Ernährung (BLE) im Rahmen des Programms zur Innovationsförderung, siehe BLE-Projektseite TERTIUS

Wissenschaftlicher Ansprechpartner

Dr. Bernd Hackauf
Julius Kühn-Institut, Bundesforschungsinstitut für Kulturpflanzen
Fachinstitut für Züchtungsforschung an landwirtschaftlichen Kulturen
Rudolf-Schick-Platz 3a, Groß Lüsewitz, 18190 Sanitz
Tel.: 038209 45 207
E-Mail: bernd.hackauf@julius-kuehn.de

Kontakt zur Weizen-Initiative

Corinna Harms (Globale Koordinatorin von AHEAD)
Königin-Luise-Straße 19, 14159 Berlin
Tel.: 030 8304 2031
E-Mail: corinna.harms@julius-kuehn.de

Die Weizen Initiative, auf Englisch Wheat Initiative, wurde von den G20 Agrarministern im Jahr 2011 etabliert, um die Wissenschaft zu fördern, neue Forschungsprogramme zu erarbeiten und die Fortbildung zu unterstützen. Ihr Hauptsitz ist am Julius Kühn-Institut, am Standort Berlin-Dahlem angesiedelt, weitere Informationen unter www.wheatinitiative.org

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Website: http://www.jki.bund.de/

Published: June 12, 2020

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