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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Gewinnung
einer Pflanze mit einer dauerhaften Resistenz gegen ein Pathogen.
Die Erfindung bezieht sich auch auf eine Pflanze, in welcher zwei
oder mehrere Resistenz-Gene gegen das Pathogen vorhanden sind, zusätzlich zu
Samen und Nachkommen dieser Pflanze und Nachkommen davon.
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Die
Erfindung bezieht sich insbesondere auf ein Verfahren zur Gewinnung
einer kultivierten Salatpflanze (L. sativa) mit zwei oder mehreren
Resistenz-Genen gegen Bremia lactucae. Die Erfindung bezieht sich auch
auf DNA-Marker, welche spezifisch mit einem Resistenz-Gen gegen
Bremia lactucae verbunden sind. Die Erfindung bezieht sich weiterhin
auf eine kultivierte Salatpflanze (L. sativa), in welcher zwei oder
mehrere Dm-Resistenz-Gene vorhanden sind, und auf Samen dieser Pflanze.
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Die
Krankheit, welche von dem Pilz Bremia lactucae Regel verursacht
wird, ist als falscher Mehltau bekannt. Falscher Mehltau kommt weltweit
vor und stellt ein großes
Problem sowohl für
den Ertrag als auch die Qualität
von kultiviertem Salat dar. Der Pilz kann die Salatpflanze in jedem
Wachstumsstadium infizieren, wonach die ersten Symptome von Mehltau
in der Erscheinung von chlorotischen gelben Flecken auf der Blattoberfläche bestehen.
Innerhalb 24 bis 48 Stunden wird ein weißer flauschiger Pilzwuchs an
der unteren Blattoberfläche
als Indiz von Sporenbildung sichtbar. Während der Infektion werden
die Läsionen
zunehmend größer und
stärker
chlorotisch, bis die Blätter
vollständig
braun werden.
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Bremia
lactucae ist einer der sogenannten Oomyceten, einer Klasse von relativ
primitiven Pilzen. Andere bekannte Pilze dieser Gruppe sind z.B.
Phytium und Phytophtora. Der Pilz B. lactucae enthält verschiedene
physiologische Spezies („Physios") und ist wirtsspezifisch.
Bremia lactucae ist als ein sehr variables Pathogen bekannt. Neue
Physios treten relativ häufig
durch Mutation der Avirulenz-Gene während der Sporenbildung auf,
was der Fortpflanzung von B. lactucae vorausgeht.
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Innerhalb
der Gattung Lactucae, zu welcher kultivierter Salat (Lactuca sativa)
gehört,
gibt es verschiedene Spezies, welche gegen Bremia lactucae Regel
resistent sind. Die Resistenz basiert in den meisten Fällen auf
qualitativen Genen, die als Dm-Resistenz-Gene (Dm = Downy mildew
= falscher Mehltau) bekannt sind. Der Resistenz-Mechanismus ist
als ein Arbeitsprinzip Gen-für-Gen
bekannt, was auf spezifischer Interaktion zwischen den Produkten
des Dm-Resistenz-Gens und den Pathogen-spezifischem Avirulenz-Gen
basiert, was zur Resi stenz der Salatpflanze führt. (Michelmore et al., Plant
Pathology 33, 301–315,
1984). Dieser Resistenz-Mechanismus wurde auch für diverse andere Resistenz-Gene
in verschiedenen anderen Pflanzen-Spezies demonstriert (Michelmore
et al., Genome Research, 8, 1113–1130, 1998).
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Eine
große
Zahl von Dm-Resistenz-Genen wurde bereits identifiziert, welche
Resistenz gegenüber spezifischen
Physios von Bremia lactucae Regel zur Folgen haben können. Genetische
Forschung hat gezeigt, daß diese
Dm-Resistenz-Gene oftmals in Gruppen auf dem selben Chromosom gehäuft („clustered") vorkommen. Vier
solcher Verbindungs-Gruppen („linking
groups") auf verschiedenen
Chromosomen im Genom von Salat wurden demonstriert, welche verschiedene
Dm-Resistenz-Gene enthalten (Farrara et al., Plant Pathology 36,
499–514,
1987). Neu identifizierte Dm-Gene können oftmals in eine der bekannten
Resistenz-Verbindungs-Gruppen
klassifiziert werden.
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Ein
Hauptproblem ist es jedoch, daß Physios
von Bremia Lactucae fortfahren aufzutreten, was die Resistenz, die
von den bekannten Dm-Resistenz-Genen resultiert, in den derzeitigen
kultivierten Salat-Sorten „kaputt
macht". Dies impliziert,
daß Physios
von Bremia lactucae auftreten, gegen welche es keine Resistenz in
den derzeitigen kultivierten Salat-Sorten gibt. Resistenz-Gene können jedoch
manchmal noch in alten Salat-Sorten gefunden werden, aber insbesondere
in wilden Lactucae-Spezies, die mit kultiviertem Salat verwandt
sind, wie z.B. L. virosa und L. serriola. Eine Reihe von Breitspektrum-Dm-Resistenz-Genen
mit einer Resistenz gegen alle getesteten Bremia-Physios wurde identifiziert.
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Verfahren
für die
Kartierung der Dm-Resistenz-Gene R17 und R18 von L. serriola unter
der Verwendung von DNA-Markern wurden beschrieben (Maisonneuve et
al., TAG 89, 96–104,
1994).
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Dm-Resistenz-Gene
von alten Salat-Sorten oder von wilden Salat-Spezies können in
kultivieren Salat gekreuzt werden, um noch einmal Resistenz zu erhalten.
Eingekreuzte Dm-Resistenz-Genen
wurden auf konventionelle Weise durch Mittel eines künstlichen
Krankheitstestes für
Bremia lactucae demonstriert. Für
diesen Zweck werden eine Reihe von Blatt-Ausstanzungen (Durchmesser 18–20 mm)
oder Keimlinge der Salatpflanze mit verschiedenen Physios von B.
lactucae geimpft. Nach 10 bis 14 Tagen wird dann der Grad der Entwicklung
und der Sporulation auf den Ausstanzungen/Keimlingen untersucht.
Auf der Basis davon ist es möglich zu
beurteilen, ob eine getestete Salatpflanze oder verbesserte Linie
resistent oder empfindlich gegen die getesteten Physios von B. lactucae
ist.
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Wenn
bekannt ist, daß zwei
oder mehrere neue Dm-Resistenz-Gene in verschiedenen Verbindungs-Gruppen
auftreten, können
diese Resistenz-Gene in einer kultivieren Salat pflanze durch Einkreuzen
zusammen gebracht werden („gesammelt"/"stacked"), dabei wird die Gefahr reduziert,
daß die
Resistenz kaputt gemacht wird. Das Sammeln („stacking") einer Vielzahl von qualitativen Breitspektrum-Dm-Resistenz-Genen von
verschiedenen Verbindungs-Gruppen kann jedoch nicht mit dem konventionellen
Krankheitstest für
Bremia lactucae durchgeführt
werden, weil, wenn ein qualitatives Dm-Resistenz-Gen vorhanden ist,
die Gesamt-Resistenz bereits im Krankheitstest detektiert wird und
die mögliche
Anwesenheit eines zweiten Breitspektrum-Dm-Resistenz-Gens daher
nicht detektiert wird. Es ist daher nicht möglich, genau die Pflanzen zu selektieren,
in welchen zwei oder mehrere qualitative Breitspektrum-Dm-Resistenz-Gene
anwesend sind, und es ist daher nicht möglich, Pflanzen mit einer dauerhaften
Resistenz gegen B. lactucae zu erhalten.
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Die
Entwicklung eines Verfahrens ist daher wünschenswert, mit welchem nach
der Kreuzung von qualitativen Resistenz-Genen in eine Pflanze, diese
Pflanzen identifiziert und selektiert werden können, in welchen zwei oder
mehrere Resistenz-Gene vorhanden sind.
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Die
allgemeine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein
Verfahren zur Gewinnung einer Pflanze mit einer dauerhaften Resistenz
gegen ein Pathogen zur Verfügung
zu stellen. Eine besondere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist
es, ein Verfahren zur Gewinnung einer kultivierten Salatpflanze
(L. sativa) mit einer dauerhaften Resistenz gegen B. lactucae zur
Verfügung
zu stellen.
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Zu
diesem Zweck stellt die Erfindung ein Verfahren zur Gewinnung einer
Pflanze mit einer dauerhaften Resistenz gegen ein Pathogen zur Verfügung, umfassend
das zur Verfügung
stellen eines oder mehrerer spezifischer DNA-Marker, die mit einem
oder mehreren Resistenz-Genen verbunden sind, das Bestimmen der
Anwesenheit eines oder mehrerer Resistenz-Gene in einer Pflanze unter der Verwendung
dieser DNA-Marker, nachfolgend das Kreuzen einer ersten Pflanze,
welche eines oder mehrere Resistenz-Gene umfaßt, mit einer zweiten Pflanze,
welche eines oder mehrere Resistenz-Gene umfaßt, und das Selektieren aus
den Nachkommen einer Pflanze, in welcher eines oder mehrere Resistenz-Gene
vorhanden sind, unter der Verwendung der DNA-Marker.
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Die
vorliegende Erfindung stellt insbesondere ein Verfahren zur Gewinnung
einer kultivierten Salatpflanze (L. sativa) mit einer dauerhaften
Resistenz gegen Bremia lactucae zur Verfügung, umfassend das zur Verfügung Stellen
eines oder mehrerer spezifischer DNA-Marker, die mit einem oder mehreren
Dm-Resistenz-Genen verbunden sind, das Bestimmen der Anwesenheit
eines oder mehrerer Dm-Resistenz-Gene in einer kultivierten Salatpflanze
und/oder einer wilden Salatpflanze unter der Verwendung dieser DNA-Marker, nachfolgend
das Kreuzen einer kultivierten Salatpflanze, welche mindestens eines
oder mehrere Dm- Resistenz-Gene
umfaßt,
mit einer anderen kultivierten Salatpflanze oder einer wilden Salatpflanze,
welche mindestens eines oder mehrere Dm-Resistenz-Gene umfaßt, und
das Selektieren aus den Nachkommen davon einer kultivierten Salatpflanze
mit einem oder mehreren Dm-Resistenz-Genen unter der Verwendung
der DNA-Marker.
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Mit
dem Verfahren gemäß der Erfindung
können
Pflanzen, insbesondere kultivierte Salatpflanzen, auf eine einfache
Weise erhalten werden, welche ein oder mehrere Resistenz-Gene, insbesondere
zwei oder mehrere Dm-Resistenz-Gene, umfassen, mit einer dauerhaften
Resistenz gegen ein Pathogen, insbesondere Bremia lactucae. Die
Selektion von Pflanzen, in welchen zwei oder mehrere qualitative
Resistenz-Gene anwesend sind, kann nur unter der Verwendung molekular
DNA-Marker erreicht werden, welche die spezifischen Gene in dem
Genom der Salatpflanze demonstrieren können. Mit den herkömmlichen
Krankheitstests ist es nicht möglich,
die Anwesenheit von zwei oder mehreren qualitativen Resistenz-Genen
in einer kultivierten Salatpflanze zu demonstrieren. Das Verfahren
gemäß der Erfindung
kann auch für
quantitative Resistenz-Gene verwendet werden.
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Gemäß der Erfindung
sind die Resistenz-Gene bevorzugterweise qualitative Resistenz-Gene und die Resistenz-Gene
sind bevorzugterweise in verschiedenen Verbindungs-Gruppen lokalisiert.
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Um
die Identifikation und die Selektion einer Pflanze mit zwei oder
mehreren Resistenz-Genen zu ermöglichen,
werden spezifische molekulare DNA-Marker verwendet, die mit den
Resistenz-Genen verbunden sind. Hierfür können verschiedene DNA-Marker
verwendet werden, wie z.B. RAPD (zufällig amplifizierte polymorphe
DNA), AFLP (amplifizierter Fragment-Längen-Polymorphismus), SCAR
(Sequenz-charakterisierte amplifizierte Region) etc. Die spezifischen
DNA-Marker, die mit den Resistenz-Genen verbunden sind, werden gemäß an sich
bekannter Techniken entwickelt (Paran et al., Genome 34, 1021–1027, 1991;
Paran et al., TAG 85, 985–993,
1993). Die Anwendung solcher DNA-Marker, um verschiedene Resistenz-Gene
in einer Pflanze zu sammeln („to
stack"), insbesondere
um verschiedene Breitspektrum-Dm-Resistenz-Gene in einer Salatpflanze
(L. sativa) zu kombinieren, um eine Pflanze zu erhalten, insbesondere
eine kultivierte Salatpflanze (L. sativa), mit einer dauerhaften
Resistenz gegen ein Pathogen, insbesondere Bremia lactucae, wurde
jedoch nicht zuvor beschrieben.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wurden DNA-Marker für
vier Dm-Resistenz-Gene gefunden, insbesondere qualitative Breitspektrum-Dm-Resistenz-Gene
aus der Familie Lactuca. Unter der Verwendung dieser DNA-Marker
wurde etabliert, daß vier
Dm-Resistenz-Gene in separaten Verbindungs-Gruppen lokalisiert sind,
wobei das Sammeln („stacking") der Dm-Resistenz-Gene in
kultiviertem Salat (L. sativa) möglich
ist.
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Es
gibt verschiedene Verfahren um zu demonstrieren, ob verschiedene
Resistenz-Gene in der selben oder in verschiedenen Verbindungs-Gruppen
vorhanden sind. Die Position der DNA-Marker kann durch Generieren
einer so genannten genetischen Karte oder durch Studieren der abhängigen oder
unabhängigen
Segregation von verschiedenen DNA-Markern in Bezug zueinander bestimmt
werden. In der vorliegenden Erfindung wurde durch das Studium der
Segregation der DNA-Marker bestimmt, daß die spezifischen DNA-Marker, die
mit den Dm-Resistenz-Genen verbunden sind, unabhängig voneinander segregieren
und daher in vier verschiedenen Verbindungs-Gruppen lokalisiert
sind.
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Bei
der Forschung, die zu der vorliegenden Erfindung führte, wurden
die Individuen, welche empfindlich und resistent gegenüber dem
selben Phänotyp
von B. lactucae aus einer Population von Pflanzen sind, welche für B. lactucae-Resistenz
segregieren, mit kommerziell erhältlichen
RAPD-Primern getestet (OPA-01 bis OPAN-20, Operon Technologies,
Alameda, USA; UBC 1 bis 800, University of British Columbia, Vancouver, Canada).
RAPD-Analyse ist eine an sich bekannte Technik (Williams et al.,
Nucleic Acids Research, 18, 6531–6535, 1990), die auf der Verwendung
von Primern mit einer zufälligen
Sequenz für
den Zweck der Amplifikation von zufälligen Segmenten der genomischen
DNA basiert. Unter den Amplifikations-Produkten können dann
Polymorphismen auf einem Agarose-Gel demonstriert werden und als
genetische Marker verwendet werden.
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1600
Primer (von Operon technologies und der University of British Columbia,
UBC 1 bis 800) wurden für
die Studie verwendet. Die DNA der Pflanzen wurde mit den Primern
in einer geeigneten Amplifikations-Mischung gemischt und nachfolgend
amplifiziert. Die Amplifikations-Produkte wurden auf einem Agarose-Gel
auf die Anwesenheit von geeigneten DNA-Markern analysiert.
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Die
molekularen „Kandidaten"-DNA-Marker, die
in der RAPD-Analyse gefunden wurden, wurden an den Individuen der
segregierenden Population getestet, wonach es möglich war zu etablieren, welche
dieser DNA-Marker physikalisch in einer geeigneten Weise mit den
verschiedenen studierten qualitativen Dm-Resistenz-Genen verbunden
sind. Auf diese Weise wurden die folgenden DNA-Marker identifiziert:
DNA-Marker A (Primer OPAF06, 451 bp); DNA-Marker B (Primer OPAM10,
555 bp); DNA-Marker C1 (Primer OPW16, 750 bp); DNA-Marker C2 (Primer
OPL03, 276 bp); DNA-Marker C3 (Primer OPAE19, 675 bp) und DNA-Marker
C4 (Primer UBC711, 1083 bp) und DNA-Marker D1 (Primer OPW04, 520 bp)
und DNA-Marker D2 (Primer OPW19, 963 bp). Die Sequenz der Marker
A, B, C2, C3, C4 und D2 wurde danach bestimmt und ist in den 1–6 gezeigt.
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Die
gefunden DNA-Marker wurden danach verwendet, um eine kultivierte
Salatpflanze mit zwei oder mehreren Dm-Resistenz-Genen zu selektieren,
nach der Introgression der Resistenz-Gene aus wilden Salat-Spezies,
wie z.B. Lactuca virosa und L. serriola. Das Kreuzen von zwei oder
mehreren Resistenz-Genen, insbesondere qualitativen Breitspektrum-Dm-Resistenz-Genen,
aus wilden Salatspezies, wie z.B. L. virosa, in kultivierte Salatsorten
ist nicht zuvor beschrieben worden.
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Wenn
das Kreuzen von zwei Salatpflanzen über die normalen Methoden nicht
erfolgreich ist, können für das Kreuzen
von Dm-Resistenz-Genen in eine kultivierte Salatpflanze bekannte
zellbiologische Techniken verwendet werden, wie z.B. Embryonen-Rettung
(Maisonneuve, Agronomie 7, 313–319,
1987) oder Protoplasten-Fusion (Maisonneuve et al., Euphytica 85,
281–285,
1995). In der vorliegenden Erfindung wurden die verschiedenen Dm-Resistenz-Gene eingekreuzt,
wie in Beispiel 2 beschrieben.
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Die
Einführung
eines neuen Breitspektrum-Dm-Resistenz-Gens in eine der vier bekannten
Verbindungsgruppen kann als eine Konsequenz von Rekombinations-Prozessen
beim Auskreuzen von Dm-Resistenz-Genen, die schon in der Verbindungs-Gruppe
vorliegen, oder anderen Resistenz-Genen oder gärtnerischen Merkmalen mit hohem
Wert resultieren. Um dies zu verhindern, werden neue qualitative
Resistenz-Gene mit einer Breitspektrum-Dm-Resistenz bevorzugterweise in jede der
separaten Verbindungs-Gruppen introgressiert.
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Die
wilde Salatpflanze, die für
das Verfahren gemäß der Erfindung
verwendet wird, kann z.B. ausgewählt
sein aus: L. saligna, L. altaica, L. aculeata, L. homblei, L. indica,
L. tenerrima, L. squarrosa, L. viminea, L. augustana, L. quercina
und L. cacadensis. Jedoch können
ebenso andere geeignete wilde Salatpflanzen gemäß der Erfindung verwendet werden.
Die wilde Salatpflanze ist bevorzugterweise L. virosa oder L. serriola und
weiter bevorzugt L. virosa.
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Das
Verfahren gemäß der Erfindung
wird bevorzugterweise verwendet, um qualitative Resistenz-Gene,
wie z.B. Dm-Resistenz-Gene, in kultivierten Salat (L. sativa) zu
sammeln („to
stack"). Dies schließt weiterhin
ein z.B. Kopfsalat-Sorten (L. sativa Lineaus capitata), wie z.B.
Eisberg-Salat, Batavia-Salat und Butterkopf-Salat, Sorten von Schnittsalat
zum Pflücken
(L. sativa Lineaus acephala), wie z.B. krauser Schnitt-Salat und
Stamm-Salat, römischer
Salat (L. sativa Lineaus romana), Pflück-Salat (L. sativa Lineaus
secalina) und Spargel-Salat
(L. sativa Lineaus angustana).
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Das
Verfahren gemäß der Erfindung
zur Gewinnung einer Pflanze mit einer dauerhaften Resistenz gegen
ein Pathogen, wie beschrieben für
kultivierten Salat, kann auf analoge Weise für andere kultivierte Kulturpflanzen
oder andere Pflanzen und andere Pathogene verwendet werden. Als
nicht einschränkende
Beispiele werden z.B. erwähnt
die Gewinnung einer dauerhaften Resistenz gegen bestimmte Nematoden,
wie z.B. Meloidogyne javanica, M. arenaria, und M. incognita, oder
gegen Oidium lycopersici in der Tomate und die Gewinnung einer dauerhaften
Potyvirus-Resistenz in Paprika durch Einkreuzen von zwei oder mehreren
pvr-Resistenz-Genen (pvr = Potyvirus-Resistenz).
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Die
vorliegende Erfindung stellt weiterhin DNA-Marker zur Verfügung, welche
spezifisch mit einem Dm-Resistenz-Gen verbunden sind und welche
ein DNA-Fragment mit einer Sequenz umfassen, welche mindestens 70%,
bevorzugt mindestens 80%, weiter bevorzugt mindestens 90% und am
meisten bevorzugt mindestens 95% homolog zu einer Sequenz ist, wie
in einer der 1–6 gezeigt.
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Die
Erfindung bezieht sich weiterhin im allgemeinen auf eine Pflanze,
in welcher zwei oder mehrere Resistenz-Gene gegen ein Pathogen vorhanden
sind, und insbesondere auf eine kultivierte Salatpflanze (L. sativa),
in welcher zwei oder mehrere Dm-Resistenz-Gene vorhanden sind, und
auf die Samen und Nachkommen der Pflanze, insbesondere die kultivierte
Salatpflanze oder die Nachkommen davon.
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In
der vorliegenden Erfindung wird unter einer dauerhaften Resistenz
verstanden, daß in
einer Pflanze mindestens zwei oder mehrere Resistenz-Gene, z.B.
zwei oder mehrere Breitspektrum-Dm-Resistenz-Gene, gegen ein Pathogen
vorhanden sind. Das Pathogen ist z.B. B. lactucae, kann aber auch
irgendein anderer Organismus sein, der in der Lage ist, in Pflanzen
Krankheiten hervorzurufen, wie z.B. Pilze, Viren, Nematoden, Bakterien,
(parasitische) Insekten etc.
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In
einer besonders geeigneten Ausführungsform
des Verfahrens gemäß der Erfindung
ist ein Dm-Resistenz-Gen ein qualitatives, Breitspektrum-Dm-Resistenz-Gen
gegen den Pilz Bremia lactucae.
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Die
Erfindung wird in größerem Detail
mit Referenz auf die folgenden nicht limitierenden Beispiele und Figuren
beschrieben, in welchen:
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1–6 entsprechend
die Sequenz der DNA-Marker A, B, C2, C3, C4, D2 zeigen und
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7–14 acht
DNA-Marker gemäß der Erfindung
in 24 getesteten F2-Individuen zeigen. Marker A wurde identifiziert
mit Primer OPAF06 (451 bp); Marker B wurde identifiziert unter der
Verwendung des Primers OPAM10 (555 bp), Marker C1 unter der Verwen dung
des Primers OPW16 (750 bp), Marker C2 unter der Verwendung des Primers
OPL03 (276 bp), Marker C3 unter der Verwendung des Primers OPAE19
(675 bp) und Marker C4 unter der Verwendung des Primers UBC711 (1083
bp); DNA-Marker D1 wurde identifiziert mit dem Primer OPW04 (520
bp) und Marker D2 mit dem Primer OPW19 (963 bp).
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Beispiele
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Beispiel 1:
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Marker-Analyse in Salat-F2-Population
mit Spaltung („split") für ein Resistenz-Gen
gegen Bremia lactucae Regel
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Die
Techniken, die verwendet wurden, um schnell und gerichtete molekular
DNA-Marker zur Verfügung zu
stellen, die mit Resistenz-Genen gegen B. lactucae nah assoziiert
sind, sind an sich bekannt (Paran et al., Genome 34, 1021–1027, 1991;
Paran et al., TAG 85, 985–993,
1993; Williams et al., Nucleic Acids Research, 18, 6531–6535, 1990)
und können
auf analoge Weise für
die Identifizierung von DNA-Markern in anderen Kulturpflanzen verwendet
werden.
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Aus
einer Population (siehe Kreuzungs-Schema, Beispiel 2) von mehr als
300 Pflanzen, welche für
B. lactucae-Resistenz segregieren, wurden die Individuen, die empfindlich
und resistent gegen den selben Phänotyp von B. lactucae sind,
separat zusammen geführt
(„pooled") (5 Pflanzen pro
Zusammenschluß).
Diese Zusammenschlüsse
wurden unter der Verwendung von 1600 kommerziell erhältlichen
RAPD-Primern (Operon Technologies, Alameda USA, OPA-01 bis OPAN-20
und University of British Columbia, UBC 1 bis 800) untersucht. Die
PCR-Mischung für
die DNA-Marker A, B, C1, C2, C3, C4 und D1 und D2 wurde unter Standard-RAPD-Bedingungen
amplifiziert.
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Nach
der Bestimmung molekularer Kandidaten-DNA-Marker unter der Verwendung
der RAPD-Analyse an den DNA-Zusammenschlüssen, wurden diese DNA-Marker
an Individuen der segregierenden Population getestet, wonach es
möglich
war zu bestimmen, welche der DNA-Marker am besten physikalisch mit
dem untersuchten qualitativen Dm-Resistenz-Gen mit einer Breitspektrum-Resistenz
gegen B. lactucae verbunden sind.
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Für jedes
der vier untersuchten Gene mit einer Breitspektrum-Dm-Resistenz
sind die besten verbundenen molekularen DNA-Marker in den 1–6 gezeigt.
Marker A wurde identifiziert mit Primer OPAF06 (451 bp), Marker
B wurde identifiziert unter der Verwendung des Primers OPAM10 (555
bp), Marker C1 unter der Verwendung des Primers OPW16 (750 bp),
Marker C2 unter der Verwendung des Primers OPL03 (267 bp), Marker
C3 unter der Verwendung des Primers OPAE19 (675 bp) und Marker C4
unter der Verwendung des Primers UBC711 (1083 bp); DNA-Marker D1
wurde identifiziert mit dem Primer OPW04 (520 bp) und Marker D2
mit dem Primer OPW19 (963 bp).
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Beispiel 2
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Kreuzungs-Schemata
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In
diesem Beispiel werden die Kreuzungs-Schemata für vier verschiedene Populationen
gezeigt. Die folgenden Symbole/Buchstaben werden hierin verwendet:
- *
- = resistente Pflanze,
was Resistenz gegen alle getesteten Physios von B. lactucae bedeutet.
- BC
- = „Rück-Kreuzung"
- Z
- = Selbst-Bestäubung, wobei
die Anzahl der Stellen nach Z anzeigt, wie viele Male Selbst-Bestäubung stattfand.
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Population
A, L. virosa CGN9365, (IVT1398) (Marker A):
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Die
BC3Z-Population wurde dann getestet und Marker A wurde identifiziert.
Individuelle BC3Z-Pflanzen wurden selbst bestäubt und aus den BC3-Z2-Populationen
wurden die individuellen BC3Z2-Pflanzen, homozygot für Gen A,
selektiert. Die selektierte Pflanze wurde für die Verbindungs-Analyse der
diversen identifizierten DNA-Marker verwendet (Beispiel 3).
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Population
B, L. virosa CGN4683, (IVT280) (Marker B):
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Die
BC3Z-Population wurde getestet und Marker B wurde identifiziert.
Individuelle BC3Z-Pflanzen wurden selbst bestäubt und aus den erhaltenen
BC3Z2-Populationen wurden die individuellen BC3Z2-Pflanzen, homozygot
für Gen
B, selektiert und für
Verbindungs-Analyse
der diversen identifizierten DNA-Marker verwendet (Beispiel 3).
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Population
C, L. virosa CGN5148 (IVT1538) (Marker C1, C2, C3 und C4):
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Die
BC3Z-Population wurde getestet und Marker C1, C2, C3 und C4 wurden
identifiziert. Die individuellen BC3Z-Pflanzen wurden selbst bestäubt und
aus den BC3Z2-Populationen
wurden die individuellen BC3Z2-Pflanzen, homozygot für Gen C,
selektiert und für
Verbindungs-Analyse der diversen identifizierten DNA-Marker verwendet
(Beispiel 3).
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Population
D, L. serriola CGN5913 (IVT1308) (Marker D1 und D2):
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Die
BC3Z-Population wurde getestet und die Marker D1 und D2 wurden identifiziert.
Die individuellen BC3Z-Pflanzen wurden selbst bestäubt und
aus den BC3Z2-Populationen wurden die individuellen BC3Z2-Pflanzen,
homozygot für
Gen D, selektiert und für
Verbindungs-Analyse der diversen identifizierten DNA-Marker verwendet
(Beispiel 3).
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Beispiel 3
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Verbindungs-Analyse der
identifizierten DNA-Marker
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Es
gibt verschiedene Verfahren um zu demonstrieren, ob diverse qualitative
Resistenz-Gene in
den selben oder in verschiedenen Verbindungs-Gruppen (Chromosomen)
positioniert werden können.
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A. Genetische Karte:
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Die
Bestimmung der Position von DNA-Markern kann durch die Generation
einer genetischen Karte der neun Chromosomen des Salats durchgeführt werden.
Um eine genetische Karte zu generieren, auf welcher die Position
der diversen molekularen DNA-Marker angezeigt wird, wurden Kreuzungen
zwischen Salat-Pflanzen durchgeführt,
welche von einem genetischen Gesichtspunkt aus in Bezug zueinander
stärker
polymorph sind. Für
diesen Typ des Kreuzens mit einem hohen Grad an Polymorphismus kann
eine Unterscheidung gemacht werden zwischen:
- – intraspezifischer
Kreuzung:
Das ist eine Kreuzung zwischen z.B. Butterkopf-Salat
und Eisberg-Salat, eine Kreuzung wird durchgeführt innerhalb einer Spezies
(L. sativa).
- – interspezifischer
Kreuzung:
Das ist eine Kreuzung zwischen zwei Spezies von Lactuca,
z.B. Butterkopf-Salat (L. sativa) mit L. virosa.
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Eine
F2- oder BC1-Population wird von beiden Typen der Kreuzung generiert.
Durch die Analyse dieser F2- oder BC1-Population mit z.B. RAPD-Markern
können
alle Pflanzen individuell auf die Anwesenheit oder Abwesenheit der
polymorphen molekularen DNA-Marker
analysiert werden. Durch die Analyse der erhaltenen Daten unter
der Verwendung eines Computer-Programmes, wie z.B. JoinMap (Stam,
Plant Journal 3, 739–744,
1993), können
Verbindungs-Gruppen konstruiert werden, welche die diversen getesteten
DNA-Marker linear relativ zueinander platzieren, separiert durch
spezifische Rekombinations-Distanzen, angezeigt in centiMorgan.
Wenn ein Breitspektrum-Dm-Resistenz-Gen in der verwendeten F2- oder
BC1-Population segregiert, kann das Breitspektrum-Dm-Resistenz-Gen
nach der Testung mit B. lactucae innerhalb einer der Verbindungs-Gruppen,
die auf einer detaillierten genetischen Karte von Salat gezeigt
werden, platziert werden. Eine genetische Salat-Karte mit neun Verbindungs-Gruppen
wurde von Michelmore (Genetics 116, 331–337, 1987) beschrieben.
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Wenn
die identifizierten molekularen DNA-Marker gemäß der vorliegenden Erfindung
in den Eltern, die verwendet wurden, um eine F2- oder BC1-Population
herzustellen, polymorph sind, können
diese DNA-Marker auf der genetischen Karte platziert werden, wodurch
es möglich
ist zu etablieren, ob die DNA-Marker aus der selben oder von verschiedenen
Verbindungs-Gruppen abstammen.
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B. Test-Kreuzungen:
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Ein
anderes Verfahren zur Bestimmung der Position der DNA-Marker, die
mit den Resistenz-Genen verbunden sind, wie in der vorliegenden
Erfindung angewendet, besteht aus dem Studium der abhängigen oder
unabhängigen
Segregation der verschiedenen DNA-Marker. Für diesen Zweck wurden aus den
vier Populationen individuelle Pflanzen selektiert, welche für die spezifischen
Breitspektrum-Dm-Resistenz-Gene homozygot sind, aus der entsprechenden
Population A, B, C oder D. Spezifische Kreuzungen wurden dann für die Generierung
einer segregierenden F2-Population durchgeführt, in welcher alle Dm-Resistenz-Gene
und deren korrespondierende DNA-Marker vorhanden sind.
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Selektion einer Pflanze
mit Gen A und B
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Eine
Pflanze, homozygot für
Dm-Resistenz-Gen A (wie demonstriert mit Marker A), wurde mit einer Pflanze,
homozygot für
Dm-Resistenz-Gen B (Marker B), gekreuzt. Die individuelle F1-Pflanze
für beide Dm-Resistenz-Gene
A und B (nach der Analyse mit DNA-Markern A und B) sowie die individuellen
Pflanzen der F2-Population wurde nachfolgend selbst bestäubt. Eine
Selektion wurde aus den F3-Populationen der Pflanzen gemacht, welche
homozygot für
sowohl Dm-Resistenz-Gen A als auch für Dm-Resistenz-Gen waren, unter
der Verwendung der DNA-Marker, welche spezifisch für Dm-Resistenz-Gen
A und B sind.
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In
der Lage zu sein, eine Pflanze mit den qualitativen Dm-Resistenz-Genen
A und B, wobei jedes Breitspektrum-Dm-Resistenz aufweist, im Stande
zu sein zu selektieren, bedeutet, daß beide Resistenz-Gene in verschiedenen
Verbindungs-Gruppen lokalisiert sind.
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Selektion einer Pflanze
mit beiden Genen C und D:
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Eine
Pflanze, homozygot für
Dm-Resistenz-Gen C (wie mit den Markern C1, C2, C3 oder C4 demonstriert),
wurde mit einer Pflanze, homozygot für Dm-Resistenz-Gen D (Marker
D1 oder D2), gekreuzt. Die individuelle F1-Pflanze für beide
Dm-Resistenz-Gene C und D (nach der Analyse mit den DNA-Markern
C1, C2, C3 oder C4 und D1 oder D2) sowie die individuellen Pflanzen
der F2-Population wurde nachfolgend selbst bestäubt. Eine Selektion wurde durchgeführt aus
den F3-Populationen der Pflanzen, welche homozygot für Dm-Resistenz-Gen C und
Dm-Resistenz-Gen D waren, unter der Verwendung der DNA-Marker, die
spezifisch für
die Dm-Resistenz-Gene C und D sind.
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In
der Lage zu sein, eine Pflanze mit den qualitativen Dm-Resistenz-Genen
C und D, wobei jedes eine Breitspektrum-Dm-Resistenz aufweist, zu
selektierten, bedeutet, daß beide
Resistenz-Gene in verschiedenen Verbindungs-Gruppen lokalisiert
sind.
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Beispiel 4
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Verbindungsanalyse für die vier
Gene aus den vier verschiedenen Populationen:
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Die
selektierte Pflanze, homozygot für
Dm-Resistenz-Gene A und B, wurde dann mit der selektierten Pflanze,
homozygot für
Dm-Resistenz-Gene C und D, gekreuzt. Die F1-Pflanzen, heterozygot für die Dm-Resistenz-Gene
A, B, C und D, wie mit den DNA-Markern, die für diese Gene spezifisch sind,
bestimmt, wurden selbst bestäubt.
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Die
F2-Population wurde in dem Krankheitstest für B. lactucae getestet und
mit den DNA-Markern für die
vier Breitspektrum-Dm-Resistenz-Gene analysiert.
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Für den Krankheitstest
wurden drei bis sechs Blatt-Ausstanzungen mit einem Querschnitt
von 18 bis 20 mm aus Salatpflanzen zur Testung mit einem Korken-Bohrer
entnom men oder 50 Samen wurden auf ein Filterpapier ausgelegt. Die
Ausstanzungen oder die Filterpapiere mit Salatsamen wurden in ein
Gestell auf feuchtes dickes Filterpapier gelegt und bis zum Moment
der Beimpfung mit einer Glasplatte abgedeckt. Die Ausstanzungen
wurden an dem selben Tag oder weniger Tage nach der Ausstanzung
beimpft. Die Samen wurden gekeimt und in einer Klima-Zelle bei 12
bis 16°C
bei 16 Stunden Licht und 8 Stunden Dunkelheit kultiviert, bis sich
die Keimblätter
ausbildeten, wonach Beimpfung stattfand.
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Das
Inoculum von B. lactucae wurde präpariert durch Anordnen eines
bestimmten Physios von B. lactucae (frisch oder gefroren), welches
auf Blattmaterial sporuliert, in einer kleinen abgemessenen Quantität von Wasser,
durch sein Vermischen und durch Sieben dieser Lösung. Die Konzentration der
lebenden Sporen wurde dann durch Mittel der Fluoreszenz-Mikroskopie bestimmt
und eingestellt, wenn notwendig. Die optimale Sporen-Konzentration
beträgt
10.000 bis 50.000 virulente Sporen/ml Wasser.
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Das
Inoculum wurde auf die Ausstanzungen oder Keimlinge mit einem Pflanzenspray
aufgetragen, bis die Ausstanzungen leicht feucht waren. Das Gestell
wurde dann erneut mit einer Glasplatte abgedeckt und bei 12 bis
16°C und
16 Stunden Licht und 8 Stunden Dunkelheit beiseite gestellt. Nach
10 bis 14 Tagen war es möglich,
die Ausstanzungen auf den Grad der Entwicklung und Sporulation zu
untersuchen, und es war möglich
festzustellen, ob eine getestete Pflanze oder Salat-Anzahl resistent
oder empfindlich gegenüber
dem getesteten Physio von B. lactucae ist.
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Die
DNA-Marker-Analyse wurde durchgeführt, wie in Beispiel 1 beschrieben.
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Von
der hergestellten F2-Population sind 24 Pflanzen in Tabelle 1 und
in den 7–14 gezeigt, welche
in dem Krankheitstest für
B. lactucae getestet wurden und mit den RAPD-Markern analysiert
wurden. Mit Hilfe dieses Testes wurde gefunden, daß 8 RAPD-Marker unabhängig voneinander
geteilt („split") werden können und
daher in vier verschiedenen Verbindungs-Gruppen positioniert werden
können.
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Schlußfolgerung:
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Die 7–14 zeigen,
daß die
DNA-Marker, die mit den vier Breitspektrum-Dm-Resistenz-Genen verbunden sind, unabhängig voneinander
segregieren und daher in den vier verschiedenen Verbindungs-Gruppen
positioniert werden können.
Pflanzen können
hiermit selektiert werden, welche mindestens zwei, bevorzugterweise
drei und am meisten bevorzugt vier qualitative Resistenz-Gene umfassen
(angezeigt mit: * in Tabelle 1 unten), eine Breitspektrum-Dm-Resistenz
haben und daher für
die Verarbeitung zu einer kommerziellen Salat-Sorte nützlich sind.
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Eine
Anwendung der DNA-Marker gemäß der Erfindung
macht eine solche Selektion möglich,
weil in dem Krankheitstest für
B. lactucae keine Unterscheidung zwischen der Anwesenheit von einem
oder mehreren qualitativen Breitspektrum-Dm-Resistenz-Genen gemacht
werden kann.
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Korrespondierende
Ergebnisse wurden mit den anderen wilden Salat-Spezies erhalten. Tabelle
1: RAPD-Marker, die aus vier verschiedenen Verbindungs-Gruppen (Chromosomen)
abstammen.
- R
- = resistent
- Marker A
- = OPAF06/451 bp
- Marker B
- = OPAM10/555 bp
- Marker C1
- = OPW16/750 bp
- Marker C2
- = OPL03/276 bp
- Marker C3
- = OPAE19/675 bp
- Marker C4
- = UBC711/1083 bp
- Marker D1
- = OPW04/520 bp
- Marker D2
- = OPW19/963 bp
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