Züchtung feuerbrandtoleranter Obstsorten (ZUEFOS)

• Forschungsstelle: BLW
• Projektnummer: 08.04

Schlüsselwörter (Deutsch)

Apfelzüchtung, Feuerbrand, markergestützte Selektion

Schlüsselwörter (Englisch)

Apple breeding, fire blight, marker assisted selection

Kurzbeschreibung (Deutsch)

Das Projekt treibt die Züchtung feuerbrandtoleranter Apfel- und Birnensorten voran. Es spannt den Bogen von den international modernsten und effizientesten Züchtungsmethoden bis zum Sortenmarketing und zu den Konsumenten. Die Ergebnisse des Projektes werden rasch und zielgerichtet in die Praxis umgesetzt.

Die Ziele werden mit sich ergänzenden Modulen erreicht. Projektpartner sind neben der Forschungsanstalt Agroscope Changins-Wädenswil als Hauptgesuchsteller, Lubera/Fruture GmbH, ETH Zürich und VariCom GmbH.

In der klassischen Züchtung koordinieren ACW und Lubera/Fruture ihre Arbeiten und nutzen Know-how und Infrastruktur. Lubera/Fruture wird praxistaugliche feuerbrandtolerante Sorten für Hausgarten, Bioanbau, Mostobstanbau und Tafelobstanbau auf der Grundlage bestehender Selektionen der Lubera AG entwickeln. ACW züchtet schwerpunktmässig für den Tafelobstanbau und wird züchterisch neue Resistenzquellen gegen Feuerbrand einbeziehen. Ziel ist eine genetisch breit abgestützte, dauerhafte Toleranz kombiniert mit hoher Fruchtqualität sowie Resistenz gegen weitere Krankheiten wie Schorf und Mehltau. Interessante Genotypen werden möglichst rasch ermittelt und unter Praxisbedingungen getestet. Die Bewertung von Fruchteigenschaften der neu im Projekt gekreuzten Nachkommenschaften wird erst nach Projektabschluss möglich sein.

ACW hat in Zusammenarbeit mit ETH Zürich und ausländischen Partnern bereits molekulare Marker für Feuerbrand-QTL’s (Quantitative Trait Loci, d.h. Genomregionen, die zur Feuerbrandtoleranz einen Beitrag leisten) entwickelt (Khan et al., 2006, 2007). Die Ermittlung von Stellen im Apfel- und Birnengenom, welche mit der Feuerbrandresistenz zusammen hängen, werden in diesem Projekt weiter geführt. Dabei wird auch die Resistenz von Wildäpfeln verwendet. Von der Kreuzung bis zur Ernte der ersten Früchte bei den Nachkommen dauert es beim Kernobst 4-5 Jahre. Für die Einkreuzung von Wildformen mit Feuerbrandresistenz sind rund 5 Generationen notwendig, um eine genügende Fruchtqualität zu erzielen. Im Projekt werden moderne Verfahren zur Verkürzung der Generationszeit eingesetzt. Damit können Kreuzungsprodukte schneller zur Marktreife gebracht werden.

Bereits stehen feuerbrandtolerante Apfel- und Birnensorten und Zuchtnummern aus eigener ACW-Züchtung und aus dem Ausland zur Verfügung. Sie werden vertieft geprüft, um ihren Markt- und Anbauwert für die Praxis zu bewerten. Dabei geht es auch um die Wahl geeigneter feuerbrandtoleranter Veredlungsunterlagen (Sorten-Unterlagenkombination). Der Partner von ACW für das Sortenmarketing, die VariCom GmbH wird bei den beiden erfolgreichen aber nicht feuerbrandresistenten ACW-Züchtungen Milwa (Diwa®) und La Flamboyante (Mairac®) untersuchen, wie die Anbautechnik zum Schutz vor Feuerbrandbefall optimiert werden kann. Die Markteinführung einer neuen feuerbrandtoleranten ACW-Züchtung ist ein konkretes Ziel des Projektes.

Kurzbeschreibung (Englisch)

The project is developing fire blight tolerant apple and pear cultivars. It includes most advanced and efficient breeding methods and considers also the introduction and marketing of fire blight tolerant cultivars and their consumer perception. The results of the project will be transferred quickly to practical fruit growing. The aims will be achieved with complementary project modules. Besides Agroscope Changins Wädenswil (ACW) the main project partners are Lubera/Fruture, Swiss Federal Institute of Technology (ETH) Zurich and VariCom.

ACW and Lubera/Fruture coordinate their work in classical breeding exploiting existing infrastructure and know-how. Lubera will develop fire blight tolerant cultivars for garden use, organic farming, for juice and as dessert fruit. ACW will mainly develop dessert fruit varieties and exploits new sources of resistance against fire blight. The objective is to achieve a genetically broad and durable fire blight tolerance, high fruit quality as well as resistance against further diseases such as scab and powdery mildew. Promising selections will be quickly spotted and subsequently tested under field conditions. As for the newly established crosses in this project, their fruit quality can only be evaluated after the end of the project.

In cooperation with the Swiss Federal Institute of Technology (ETH) and foreign partners ACW has already developed molecular marker for fire blight-QTL’s (Quantitative Trait Loci), that means regions in the genome which contribute to fire blight tolerance (Khan et al., 2006, 2007). The determination of loci in the genomes of apple and pear which are related to fire blight resistance will continue. The resistance of wild species is included, too. From cross pollination to cropping of the first fruits it takes 4-5 years in pip fruit. It takes about 5 generations from crossing modern varieties with fire blight resistant wild species until achieving satisfactory fruit quality. In this project modern approaches are used to significantly reduce generation time. This will allow to develop much more quickly marketable products.

There are already fire blight tolerant apple and pear varieties and selections available from abroad and from the ACW breeding programmes. They will be thoroughly tested to evaluate their potential for production and consumption. The combination with fire blight resistant rootstocks will be considered as well. VariCom as partner of ACW for variety marketing will examine the cultivation technique for the two non-resistant ACW varieties Milwa (Diwa® and La Flamboyante ® in order to prevent fire blight devastation in newly planted orchards.

One expected output of this project will be the introduction of a new fire blight tolerant ACW selection.

Projektziele (Deutsch)

Effiziente Züchtung feuerbrandtoleranter Apfel- und Birnensorten mit hohem Marktwert. Das Projekt treibt die Entwicklung und praktische Nutzung feuerbrandtoleranter Kernobstsorten umfassend voran.

Projektziele (Englisch)

Efficient breeding of fire blight tolerant apple and pear varieties with high market potential. The project promotes the development and practical growing of fire blight tolerant pip fruit cultivars.

Umsetzung und Anwendungen (Deutsch)

• Neue Apfelsorten und Zuchtmaterial mit breit abgestützter Toleranz gegen Feuerbrand entwickelt
• Neue Marker geeignet für markergestützte Selektion an ACW für Feuerbrandtoleranz
• Die zielsichere und kosteneffiziente Methode der markergestützten Selektion auf mehrere Feuerbrand QTL’s in der Züchtung anwendbar
• Extrem zeitsparende Methoden zur Verminderung der Generationszeit ergeben neue Züchtungen mit Feuerbrandresistenzen aus Wildäpfeln, die gleichzeitig hohe Fruchtqualität aufweisen
• Feuerbrandtolerante Sorten definiert, welche für Obstanbau und Obstmarkt geeignet sind.
• Monitoring bezüglich Feuerbrand und Beratung zur Feuerbrandprävention bei den erfolgreichen ACW-Sorten Milwa und La Flamboyante (VariCom)
• Publikation der Resultate in angewandten und wissenschaftlichen Zeitschriften.

Umsetzung und Anwendungen (Englisch)

• New apple cultivars and selections with broad tolerance against fire blight developed
• New markers developed which are useful for marker-assisted selection for fire blight tolerance
• Marker-assisted selection as precise and cost-efficient method applicable in breeding for several fire blight QTL’s
• Extremely time-saving methods for the reduction of the generation time result in new high quality selections with fire blight resistance from wild Malus species
• Fire blight tolerant varieties defined which are suitable for fruit-growing and market.
• Monitoring in respect to fire blight and consulting growers in respect to fire blight prevention concerning the newly introduced ACW cultivars Milwa and La Flamboyante.
• Publication of the results in applied and scientific journals

Neue Kenntnisse/Literatur (Deutsch)

Der Feuerbrand, verursacht durch das Bakterium Erwinia amylovora ist eine gefährliche Bakterienkrankheit welche das Kernobst und verschiedene Wirtspflanzen, meist Zierpflanzen, befällt. Die Schweiz wurde besonders 2007 stark vom Feuerbrand betroffen. Es gibt bisher keine effizient wirksame, allgemein verfügbare Mittel zur Bekämpfung dieser Krankheit. Die Züchtung von feuerbrandtoleranten Apfel- und Birnensorten mit hoher Fruchtqualität und guter Produktivität ist ein aussichtsreicher und nachhaltiger Weg zur Eindämmung der wirtschaftlichen Schäden, welche durch den Feuerbrand verursacht werden. ACW betreibt ein weltweit vernetztes Obstzüchtungsprogramm. Neue Sorten werden durch klassische Kreuzung von zwei Elternsorten und anschliessende Auslese interessanter Nachkommen gezüchtet (Kellerhals und Christen 2006b, Kellerhals et al., 2007). In den letzten Jahren wurden in der Schweiz und weltweit Projekte durchgeführt, um die Genetik der Feuerbrandresistenz besser zu verstehen. Die Feuerbrandresistenz beruht nicht auf einzelnen Genen, sondern auf mehreren Genen mit Teilwirkung (additive Effekte, Quantitiative Trait Loci, QTLs). QTL’s für Feuerbrandresistenz wurden beim Kulturapfel (Malus x domestica), Sorte ‘Fiesta’ (Calenge 2005, Khan et al. 2006) und bei Malus-Wildarten (Malus x robusta 5, Peil et al. 2007; Malus ‚Evereste’) identifiziert. Im Rahmen eines KTI Projekts von ETH Zürich und ACW, das im März 2008 abgeschlossen wurde, wurde begonnen, QTLs in der feuerbrandresistenten Sorten ‘Florina’ und ‘Nova EasyGro’ zu suchen. Eine erster QTL wurde bei ‘Florina’ bereits identifiziert.. Die Wirkung des QTL von ‘Fiesta’ wurde in verschiedenen Nachkommenschaften bestätigt. Entsprechende molekulare Marker für die markergestützte Selektion wurden entwickelt (Khan et al. 2007).

Calenge F., Drouet D., Denance C., Van de Weg E., Brisset M.N., Paulin J.P., Durel C.E., 2005 . Identification of a major QTL together with several minor additive or epistatic QTLs for resistance to fire blight in apple in two related progenies. Theor. Appl. Genet. 111: 128-135.
(http://apps.isiknowledge.com/full_record.do?product=WOS&search_mode=GeneralSearch&qid=3&SID=X1cNdJDO3nJpPoiAKNN&page=1&doc=1)

Duffy, B., J. Vogelsanger, B. Schoch and E. Holliger. 2007. Swiss situation and the 2007 fire blight epidemic. 11th International Workshop on Fire Blight , Paper P101.

Kellerhals M und Christen D., 2006. Innovative Obstzüchtung von ACW. Schweiz. Z. Obst- und Weinbau 15, 8-11.

Kellerhals M., von Burg S., Knobel P.A., Patocchi A., Duffy B., Christen D. et Frey J., 2007. Sélection de nouvelles variétés de pommes à Agroscope ACW. Revue suisse Vitic Arboric Hortic. 39, 287-292.

Khan M.A., Duffy B., Gessler C., and Patocchi A. 2006. QTL mapping of fire blight resistance in apple. Mol. Breed. 17, 299-306

Khan M.A., Duffy B., Durel C.E., Denancé C., Kellerhals M., Patocchi A. and Gessler C., 2007. Development of markers linked to the 'Fiesta' 7 major QTL for fire blight resistance and their application for marker-assisted selection. Genome 50: 568-577.

Peil, A., Garcia-Libreros, T., Richter, K., Trognitz, F.C., Trognitz, B., Hanke, M.V. and H. Flachowsky, 2007. Strong evidence for a fire blight resistance gene of Malus robusta located on linkage group 3. Plant Breeding 126: 470-475.

Neue Kenntnisse/Literatur (Englisch)

Fire blight, caused by the bacterium Erwinia amylovora is a dangerous disease which attacks pip fruit species and different host plant species, mainly ornamentals. Switzerland suffered a especially heavy fire blight attack in 2007 (Duffy et al. 2007). Up to now there are no generally available products available to protect against this disease. Breeding fire blight tolerant apple and pear varieties with high fruit quality and good productivity is a promising and durable approach to reduce the economic losses caused by the disease. ACW is conducting a breeding programme with international collaboration. New cultivars are being developed by classical crosses of two parents and subsequent selection of interesting progeny plants (Kellerhals nad Christen 2006b, Kellerhals et al., 2007). In recent years, in Switzerland and abroad, projects were conducted to better understand the genetics of fire blight resistance. It is assumed that fire blight resistance is not based on one single gene but on several genes with partial effect (additive effects, Quantitative Trait Loci, QTL’s). QTL’s for fire blight resistance were found in the cultivated apple (Malus domestica), cv. Fiesta (Calenge 2005, Khan et al. 2006) and in wild Malus species (Malus robusta 5, Peil et al. 2007; Malus ‘Evereste’). In the course of a common project of ETH Zürich and ACW, QTL’s were searched in the fire blight tolerant cultivars ‘Florina’ and ‘Nova Easygro’. A first QTL was detected in ‘Florina’. The effect or the ‘Fiesta’ QTL was confirmed in different progenies and molecular markers for marker-assisted selection were developed (Khan et al., 2007).

Calenge F., Drouet D., Denance C., Van de Weg E., Brisset M.N., Paulin J.P., Durel C.E., 2005 . Identification of a major QTL together with several minor additive or epistatic QTLs for resistance to fire blight in apple in two related progenies. Theor. Appl. Genet. 111: 128-135.
(http://apps.isiknowledge.com/full_record.do?product=WOS&search_mode=GeneralSearch&qid=3&SID=X1cNdJDO3nJpPoiAKNN&page=1&doc=1)

Duffy, B., J. Vogelsanger, B. Schoch and E. Holliger. 2007. Swiss situation and the 2007 fire blight epidemic. 11th International Workshop on Fire Blight , Paper P101.

Kellerhals M und Christen D., 2006. Innovative Obstzüchtung von ACW. Schweiz. Z. Obst- und Weinbau 15, 8-11.

Kellerhals M., von Burg S., Knobel P.A., Patocchi A., Duffy B., Christen D. et Frey J., 2007. Sélection de nouvelles variétés de pommes à Agroscope ACW. Revue suisse Vitic Arboric Hortic. 39, 287-292.

Khan M.A., Duffy B., Gessler C., and Patocchi A. 2006. QTL mapping of fire blight resistance in apple. Mol. Breed. 17, 299-306

Khan M.A., Duffy B., Durel C.E., Denancé C., Kellerhals M., Patocchi A. and Gessler C., 2007. Development of markers linked to the 'Fiesta' 7 major QTL for fire blight resistance and their application for marker-assisted selection. Genome 50: 568-577.

Peil, A., Garcia-Libreros, T., Richter, K., Trognitz, F.C., Trognitz, B., Hanke, M.V. and H. Flachowsky, 2007. Strong evidence for a fire blight resistance gene of Malus robusta located on linkage group 3. Plant Breeding 126: 470-475.

Arbeitsvorgang/Stand der Arbeiten (Deutsch)

ACW und Lubera führen 2008-11 jährlich Kreuzungen durch zur Züchtung von Neuheiten mit Feuerbrandtoleranz, guten Produktionseigenschaften und hoher Fruchtqualität. Fortgeschrittene eigene Züchtungen mit guter Feuerbrandtoleranz werden ebenso berücksichtigt wie Top-Selektionen aus dem Ausland. Diese Züchtungen werden im Rahmen dieses Projektes im Gewächshaus und mit molekularen Markern im ACW-Labor auf Feuerbrandtoleranz geprüft und bei positiven Ergebnissen für Kreuzungen eingesetzt und bezüglich Fruchtqualität und Anbaueignung getestet. ACW wird mit neuen Kreuzungen im Rahmen dieses Projektes in den Jahren 2008 bis 2011 spezifisch die Basis der Feuerbrandresistenz verbreitern und verwendet neue, bereits identifizierte Resistenzquellen von ausländischen Partnern und aus dem Projekt NAP 03-21 (Fructus, Beschreibung von Obstgenressourcen, BEVOG; www.fructus.ch). ETH entwickelt neue molekulare Marker welche im Zusammenhang mit Feuerbrandtoleranz stehen. ACW setzt die markergestützte Selektion (MAS) zur Unterstützung der Züchtungsarbeiten ein. Je nach Fortschritt der Arbeiten von ETH werden laufend die neusten Marker angewendet. Aussichtsreiche neue Sorten sowie Zuchtnummern von ACW, total ca. 5 Apfelsorten und 3 Birnensorten werden aufgrund der Fruchtqualität und der Feuerbrandtoleranz ausgewählt für die Prüfung in Pilotanlagen unter Praxisbedingungen. Je nach Verfügbarkeit werden feuerbrandresistente Veredlungsunterlagen verwendet (CG-Unterlagen aus Geneva). Baumanzucht/Unterlagenanzucht erfolgt 2008, Veredlung im Winter 08/09 und Pflanzung im Winter 09/10. Damit liegen bei Projektende Pilotanlagen mit praxistauglichen feuerbrandtoleranten Apfel- und Birnensorten vor, welche gute Marktchancen aufweisen sollten.

Arbeitsvorgang/Stand der Arbeiten (Englisch)

ACW and Lubera will perform annually crosses from 2008-2011 in order to breed new varieties with fire blight tolerance, good production and high fruit quality. As parents, advanced own selections with high fire blight tolerance as well as international top-selections will be considered as candidate parents. These potential parents will be screened in the glasshouse for fire blight tolerance and with molecular markers. In case of positive results they are used for crosses and will be tested for fruit quality and cultivation ability. ACW will specifically broaden the genetic basis of fire blight resistance and will use for this purpose new sources of resistance from partners abroad and from the Swiss project NAP 03-21 (a Fructus project, www.fructus.ch, description of fruit genetic resources, financed by BLW and elaborated at ACW). ETH develops new molecular markers related to fire blight tolerance. ACW applies marker-assisted selection (MAS) in the breeding process. Depending on the progress at ETH immediately the most recent markers will be applied. Outstanding new varieties and selections from ACW, totally about 5 apples and 3 pears, will be selected based on their fruit quality and fire blight tolerance for pilot orchards. If available, also fire blight tolerant rootstocks such as CG rootstocks from Geneva, USA will be used. Grafting is scheduled for winter 2008/09 and planting in winter 09/10. At the end of the project, pilot orchards will be established with fire blight tolerant apple and pear varieties suitable for commercial use.