Genetic variation and inheritance of secondary seed dormancy in winter oilseed rape (Brassica napus L.) | Genetische Variation und Vererbung von sekundärer Dormanz bei Samen im Winterraps (Brassica napus L.)

Das Auftreten von sekundärer Dormanz bei Raps bedeutet, dass nach der Ernte auf dem Feld verbleibende und in den Boden eingearbeitete Samen für viele Jahre lebensfähig bleiben können ohne zu keimen. Diese dormanten Samen führen bei einem späteren Rapsanbau auf gleicher Fläche zu ungewolltem Durchwuchs und werden als besonders problematisch bei wechselnden Rapsqualitäten und dem Anbau von transgenen Sorten erachtet. Demnach könnten Genotypen ohne starke Ausprägung des Merkmals sekundärer Dormanz im Samen auf einfachem und effizientem Wege zur Verringerung von Rapsdurchwuchs und eines anschließenden Pollenaustrages beitragen. Bisher ist jedoch wenig über die genetische Variation von, und den Umwelteinflüssen auf, das Merkmal sekundärer Dormanz bei Winterrraps Kultursorten bekannt. Deshalb war eines der Ziele dieser Studie die sekundäre Dormanz in einer Zusammen-stellung von 28 aktuellen Winterrapssorten, die in der Saison 2008/2009 in Feldversuchen an sechs unterschiedlichen Standorten in Deutschland angebaut worden sind, zu analysieren. Um die Erblichkeit des Merkmals näher zu untersuchen wurde die sekundäre Dormanz ebenfalls in einer doppelt haploiden (DH) Winterraps Population, bestehend aus 229 Genotypen aus der Kreuzung 'Express 617' x 'R53', bestimmt und Korrelationen zu anderen Samenmerkmalen berechnet. Die Feldversuche wurden in zwei aufeinanderfolgenden Jahren von 2008/2009 bis 2009/2010 an zwei Orten, mit jeweils zwei Wiederholungen, in Deutschland durchgeführt. Dabei wurden Samen von offen abgeblühten Pflanzen geerntet und für alle Analysen, inklusive eines Labortestes für sekundäre Dormanz, verwendet. Eine bereits entwickelte molekulare Markerkarte der DH Population wurde verwendet, um die QTL für relevante Merkmale zu bestimmen. Bei der ANOVA zeigten sich signifikante Effekte zum Einfluss der Orte und der Varianz unter den Genotypen der 28 untersuchten Winterraps Sorten. Bei den Genotypen zeigten die Werte für sekundäre Dormanz eine Spannbreite von 8% bis 56% und eine hohe Heritabilität (0.97). Die jeweiligen Mittelwerte der sechs Orte erstreckten sich von 12% bis 38% sekundärer Dormanz. Die Ergebnisse der an den Werten der DH Population durchgeführten ANOVA zeigten signifikante Effekte der Orte, der Genotypen und deren Interaktion auf sekundäre Dormanz. Die Heritabilität war hoch (0.85) und die Spannbreite für sekundäre Dormanz betrug 5% bis 96%. Außerdem konnten drei Haupt-QTL (mehr als 10% der phänotypischen Varianz werden erklärt) und 3 Neben-QTL (weniger als 10% der phänotypischen Varianz werden erklärt) für sekundäre Dormanz identifiziert werden, die zusammen 42% der phänotypischen Varianz erklären. Die Werte für sekundäre Dormanz waren signifikant negativ korreliert mit den Werten der Keimrate (-0.71), des Glucosinolatgehaltes (-0.14) und des Gehaltes des Speicherproteins Napin (-0.19). Außerdem zeigte sich eine signifikant positive Korrelation zwischen den Werten von sekundärer Dormanz und dem Abscisinsäuregehalt (0.14). Die große genetische Variation und die hohe Heritabilität zeigen, dass es sich bei der sekundären Dormanz um ein erbliches Merkmal handelt und dass eine Selektion und effektive Züchtung von Genotypen mit niedrigem sekundärem Dormanzpotential möglich ist.

Secondary seed dormancy in oilseed rape is a phenomenon that allows seeds to survive in the soil for many years without germination. Following soil cultivation, dormant seeds may germinate in subsequent years and are the reason for the occurrence of volunteer oilseed rape plants in successive crops. These volunteer plants pose a common threat, especially under the assumption of previously cultivated transgenic plant material. Genetic reduction of secondary dormancy in oilseed rape could therefore provide a mean to reduce the frequency of volunteer plants and its subsequent pollen dispersal. However, little is known about the genetic variation for and the environmental influence on the secondary seed dormancy of winter oilseed rape cultivars. Therefore one aim of the present study was to analyse secondary seed dormancy in a set of 28 current winter oilseed rape cultivars tested in 2008/2009 in field experiments at six different locations in Germany. To further investigate the inheritance of this trait a double haploid (DH) winter oilseed rape population consisting 229 genotypes from a cross 'Express 617' x 'R53' was tested for correlations to other seed traits. Field experiments were performed in two consecutive years from 2008/2009 to 2009/2010 at two locations in Germany with two replicates. Seeds harvested from open pollinated plants were used for all analyses, including a laboratory test for secondary dormancy. A previously developed molecular marker map of the DH population was used to map QTL of the relevant traits. In the ANOVA highly significant effects were found for the influence of the locations and for the variation among the genotypes of the 28 winter oilseed rape cultivars. Among these genotypes, secondary seed dormancy ranged from 8% to 56% and the heritability was high (0.97). The means for the six locations ranged from 12% to 38%. The results of the DH-population showed significant effects of the location, the genotypes and their interactions on secondary seed dormancy. Heritability was high (0.85) and secondary dormancy ranged from 5% to 96%. Two major (above 10% of explained phenotypic variance) and three minor (under 10% of explained phenotypic variance) QTL for secondary dormancy were detected which together explained 42% of the phenotypic variance. Secondary dormancy values showed significant negative correlations with the germination rate (-0.71), glucosinolate content (-0.14) and the content of the storage protein Napin (-0.19). Additionally a significant positive correlation between secondary dormancy and the abscisic acid content was revealed (0.14). The large genetic variation and the high heritability indicate that secondary dormancy is a heritable trait and that selection for low secondary dormancy is possible and effective breeding for reduced secondary seed dormancy could be performed.