 |
Development and molecular genetic/cytogentic identification of wheat-perennial rye (Secale cereanum) introgression lines as new genetic resources for wheat breeding
|
Help 
Print 
|
Here you can view and search the projects funded by NKFI since 2004
Back »
|
| |
Details of project |
|
|
| Identifier |
119387 |
| Type |
K |
| Principal investigator |
Szakács, Éva |
| Title in Hungarian |
Búza-évelő rozs (Secale cereanum) introgressziós vonalak, mint új nemesítési génforrások előállítása és molekuláris genetikai/citogenetikai azonosítása |
| Title in English |
Development and molecular genetic/cytogentic identification of wheat-perennial rye (Secale cereanum) introgression lines as new genetic resources for wheat breeding |
| Keywords in Hungarian |
Triticum aestivum, Secale cereanum, introgressziós vonalak, GISH, FISH, molekuláris markerek |
| Keywords in English |
Triticum aestivum, Secale cereanum, introgression lines, GISH, FISH, molecular markers |
| Discipline |
| Plant breeding (Council of Complex Environmental Sciences) | 100 % |
|
| Panel |
Agriculture, Environment, Ecology, Earth Sciences committee chairs |
| Department or equivalent |
Agricultural Institute (Centre for Agricultural Research) |
| Participants |
Ivanizs, László
Károlyiné Cséplő, Mónika
Lángné dr. Molnár, Márta
Molnár, István
Türkösi, Edina
|
| Starting date |
2016-10-01 |
| Closing date |
2021-09-30 |
| Funding (in million HUF) |
36.952 |
| FTE (full time equivalent) |
6.07 |
| state |
closed project |
Summary in Hungarian A kutatás összefoglalója, célkitűzései szakemberek számára
Itt írja le a kutatás fő célkitűzéseit a témában jártas szakember számára.
A termesztett rozs (Secale cereale) és a vad hegyi rozs (Secale montanum) keresztezéséből származó ‘Kriszta’ évelő rozsfajta (Secale cereanum) számos hasznos tulajdonsággal rendelkezik. Többek között évelő, szárazságtűrő és ellenálló a levél-, szár- és sárgarozsdával valamint a lisztharmattal szemben. Feltételezhetően új rezisztenciagéneket hordoz, így fontos génforrás a búzanemesítés számára. A pályázat elsődleges célja olyan búza-S. cereanum introgressziós vonalak előállítása, melyek a S. cereanum kedvező tulajdonságait (elsősorban betegségrezisztencia és nagy élelmirost-tartalom) hordozzák a búzagenomban. A pályázat további célja, hogy az előállított genetikai alapanyagokban (addíciós és transzlokációs vonalakban) molekuláris citogenetikai (GISH, mcGISH, FISH) és molekuláris genetikai mószerekkel (SSR és DArTseq markerekkel) kimutassuk és azonosítsuk a S. cereanum kromoszómákat, kromoszóma-szegmuntumokat ill. mikrointrogressziókat, ami lehetővé teszi a búzába bevitt új gének kromoszómális elhelyezkedésének megállapítását, térképezését. Az introgressziós vonalak levél-, szár-, sárgarozsda és lisztharmat-ellenállóságát tenyészkertben felvételezzük és rezisztens vonalakat válogatunk ki. A levélrozsda- és lisztharmat-rezisztenciát provokatív kísérletekben, üvegházi körülmények között is teszteljük. A pályázat futamideje alatt előállított és felszaporított addíciós és transzlokációs vonalak közül, a táplálkozásélettani paraméterek meghatározásával, megnövekedett arabinoxilán-tartalomú vonalakat szintén kiválogatunk.
Mi a kutatás alapkérdése?
Ebben a részben írja le röviden, hogy mi a kutatás segítségével megválaszolni kívánt probléma, mi a kutatás kiinduló hipotézise, milyen kérdéseket válaszolnak meg a kísérletek.
Új rezisztenciagének beépítése a termesztett búzába a búzenemesítés egyik sürgető feladata. Az 1B/1R és 1A/1R transzlokácó formájában a termsztett búzában jelenlévő, az 1RS kromoszómakaron lokalizált négy betegségrezisztenca-gén közül három (Lr26, Yr9 and Pm8) már nem nyújt védelmet a kórokozók újabb rasszai ellen. Az évelő ’Kriszta’ rozs kiváló betegségekkel szembeni rezisztenciája vad szülőfajából, a S. montánumból származik. Ennek a génnek a termesztett búzába történő beépítése új távlatokat nyithat a rezisztencia-nemesítésben és környezetvédelmi, valamint gazdasági szempontból is jelentős (csökkenti a búzatermesztés költségeit).
A gabonafélék közül a rozs rendelkezik a legnagyobb élelmirost (arabinoxylán, fructán and β-glukán)-tartalommal. Az arabinoxilán stabil vércukorszintet biztosít, vízoldékony frakciója pedig csökkenti a vár koleszterol-szintjét. Az élelmirost-tartalom a sütőipari minőségre is hatással van.
A projekt keretében olyan búza-évelő rozs introgressziós vonalak előállítása a cél, melyek e fontos tulajdonságokat befolyásoló gének vad rozsból származó alléljait hordozzák. A pályázatban alkalmazni kívánt molekuláris citogenetikai és molekuláris genetikai módszerek lehetővé teszik e gének genetikai térképezését a ’Kriszta’ rozsban.
Mi a kutatás jelentősége?
Röviden írja le, milyen új perspektívát nyitnak az alapkutatásban az elért eredmények, milyen társadalmi hasznosíthatóságnak teremtik meg a tudományos alapját. Mutassa be, hogy a megpályázott kutatási területen lévő hazai és a nemzetközi versenytársaihoz képest melyek az egyediségei és erősségei a pályázatának!
Napjainkban egyre nagyobb hangsúlyt kap a költségkímélő gazdálkodás, a természetes növényvédelem és az egészséges táplálkozás. Új, hatékony betegségrezisztencia-géneket hordozó ill. magas élelmi rost tartalmú búzafajták kinemesítésével ezek a társadalmi igények kielégíthetők lennének. Az MTA ATK Mezőgazdasági Intézetében előállított búza-évelő rozs (Mv9kr1-’Kriszta’) hibridek és visszakeresztezett utódnemzedékeik, melyek vadrozsból származó kromatint is hordoznak, egyedi genetikai alapanyagok és kitűnő génforrások a búzanemesítés számára. A pályázat keretében végzett előnemesítési tevékenység eredményeként várható búza-évelő rozs introgressziós vonalak nemesítésbe történő bevonásával az új társadalmi (egészséges táplálkozás) és gazdasági (környezetbarát mezőgazdasági termelés) követelményeknek megfelelő búzafajták megjelenése várható a hazai és külföldi piacon. Alapkutatási szempontból új és fontos eredménynek tekinthető a S. cereanum-specifikus SNP-ket tartalmazó DArTseq markerek azonosítása, melyekkel nagyszámú genetikai anyag vizsgálható és amelyek segítségével mikrointrogressziók is kimutathatók, valamint az agronómiailag hasznos gének kromoszómális elhelyezkedése térképezhető.
A kutatás összefoglalója, célkitűzései laikusok számára
Ebben a fejezetben írja le a kutatás fő célkitűzéseit alapműveltséggel rendelkező laikusok számára. Ez az összefoglaló a döntéshozók, a média, illetve az érdeklődők tájékoztatása szempontjából különösen fontos az NKFI Hivatal számára.
A termesztett rozs (Secale cereale) és a vad hegyi rozs (Secale montanum) keresztezéséből származó Secale cereanum évelő rozs számos agronómiailag hasznos gént (pl. szárazságtűrés, betegségek elleni rezisztencia, nagy élelmirost-tartalom, évelő jelleg) hordoz, melyeket fontos lenne a búza genomjába beépíteni. Az idegen fajú génátvitel egyik lehetséges módja, hogy a búza×Secale cereanum hibridekből első lépésben addíciós vonalakat hozunk létre, melyek a búza teljes kromoszómakészlete mellett már csak egy pár évelőrozs-kromoszómát tartalmaznak. Az addíciós vonalakból transzlokációs vonalak állíthatók elő, melyek az évelő rozs kromoszómáiból már csak egy kisebb szegmentumot tartalmaznak. Jelen pályázat keretében búza-Secale cereanum addíciós és transzlokációs vonalak előállítását tervezzük hagyományos keresztezési eljárással. Ez a kutatási terület nagyon izgalmas és perspektivus, mivel termesztett évelő rozsból napjainkig semmilyen génátvitel nem történt a termesztett búzába. A pályázatban felvázolt ’pre-breeding’ (előnemesítési) tevékenység eredményeként olyan búza-Secale cereanum introgressziós vonalak előállítása várható, melyekből betegségellenálló és az egészséges (élelmi rostban gazdag) táplálkozáshoz jelentősen hozzájáruló búzafajták nemesíthetők ki.
| Summary Summary of the research and its aims for experts
Describe the major aims of the research for experts.
The perennial rye cultivar ‘Kriszta’ (Secale cereanum) which originates from the cross between the cultivated rye (Secale cereale) and the wild mountain rye (Secale montanum) has numerous agronomically useful traits. It has perennial habit, drought tolerence and good resistance to leaf rust, stem rust, yellow or stripe rust and powdery mildew. S. cereanum presumably carries new resistance genes, thus it is an important gene sources for wheat breeding. The primary aim of this project is to develop introgression lines which carry useful traits of S. cereanum (principally disease resistances and high dietary fibre content) incorporated into the wheat genome. Additional aim of the project is the detection and identification of the S. cereanum chromatin using molecular cytogenetic (GISH, mcGISH, FISH) and molecular genetic (SSR and DArTseq) methods in these introgression lines, which makes possible to determine the chromosomal localization and genetic mapping of the genes transferred into wheat. Leaf rust, stem rust, yellow rust and powdery mildew resistance of the introgression lines will be observed under field conditions, and the resistant lines will be selected. Leaf rust and powdery mildew resistance will also be tested under provocative conditions in greenhouse. From the addition and translocation lines developed and propagated during the period of the project, lines containing high dietary fibre (particularly arabinoxylan) content will also be selected after determination their nutritional parameters.
What is the major research question?
Describe here briefly the problem to be solved by the research, the starting hypothesis, and the questions addressed by the experiments.
Incorporation of new disease resistance genes into cultivated wheat is an urgent task in wheat breeding. Three (Lr26, Yr9 and Pm8) of the four resistance genes located on the chromosome arm 1RS, and transferred from cultivated rye (S. cereale) into wheat in the form of 1B/1R and 1A/1R translocations are no longer effective because of the appearance of new pathogen races . The very good resistance of the perennial rye ’Kriszta’ against diseases presumably originates from its wild parent S. montanum. Transfer of its resistance genes into cultivated wheat may open new perspectives in resistance breeding. Incorporating of new resistance genes into the cultivated wheat is also important for environment protection and economy, as it helps to cut down the costs of wheat production and also decreases environmental impact.
The dietary fibre (DF) (arabinoxylan, fructan and β-glucan) content of rye is the highest among cultivated cereals. Arabinoxylan ensures stable blood glucose levels, which is of particular importance for people suffering from diabetes, and its water soluble fraction contributes to blood cholesterol lowering. DF is also important from a technological point of view as it strongly affects wheat functionality during cereal processing, for example, in bread-making.
The project aims the development of wheat-S. cereanum introgression lines carrying wild rye alleles of the genes determining grain quality and disease resistance. Molecular cytogenetic and molecular genetic methods applied in the project makes possible to determine chromosomal localization of these traits and the genetic mapping of perennial rye ‘Kriszta’.
What is the significance of the research?
Describe the new perspectives opened by the results achieved, including the scientific basics of potential societal applications. Please describe the unique strengths of your proposal in comparison to your domestic and international competitors in the given field.
There is a growing emphasis on the need for low-cost farming, natural plant protection and healthy nutrition. Breeding of wheat varieties having new, effective disease resistance genes and high dietary fibre content can satisfy these requirements. The wheat-perennial rye (Mv9kr1-’Kriszta’) hybrids and their backcrossed progenies containing chromatin from wild rye are unique genetic materials and excellent gene sources for wheat breeding. Incorporation of wheat-perennial rye introgression lines, expected as a result of the pre-breeding activity planned in the project, into wheat breeding may result in wheat varieties meeting new social (healthy foods) and economic (environment friendly agriculture) requirements. From the point of view of basic research, identification of DArTseq markers containing SNPs specific for S. cereanum and with the help of which large-scale screening of genetic materials can be carried out, even microintrogressions can be detected, and chromosomal location of agronomically useful genes can be mapped, can be regarded as new and important results.
Summary and aims of the research for the public
Describe here the major aims of the research for an audience with average background information. This summary is especially important for NRDI Office in order to inform decision-makers, media, and others.
The perennial Secale cereanum, an artificial hybrid between the cultivated rye (Secale cereale) and the wild mountain rye (Secale montanum), carries several useful agronomical traits (e.g. drought tolerance, disease resistance, high dietary fibre content, perennial habit), which are impoprtant to be incorporated into the wheat genome. One of the possible ways of transferring useful genes into the wheat genome is the production of wheat-Secale cereanum hybrids and, as the next step, addition lines that contain the whole wheat chromosome set and a pair of perennial rye chromosomes. From the addition lines translocation lines carrying only small segments of the perennial rye chromosomes can be produced. In the frame of the project, development by conventional crossing methods of wheat-Secale cereanum addition and translocation lines is planned. This research area is very exciting and perspective as no gene transfer has been realized from Secale cereanum into bread wheat until now. The ‘pre-breeding’ activity outlined in the project expectedly will result in wheat-Secale cereanum introgression lines that may lead to the breeding of new disease resitant varieties and those contributing to healthy nutrition in the near future.
|
|
|
|
|
|
|
|
| |
List of publications |
|
|
| Szakács Éva, Szőke-Pázsi Kitti, Kalapos Balázs, Schneider Annamária, Ivanizs László, Rakszegi Marianna, Vida Gyula, Molnár István, Molnár-Láng Márta: 1RS arm of Secale cereanum ‘Kriszta’ confers resistance to stripe rust, improved yield components and high arabinoxylan content in wheat, SCIENTIFIC REPORTS 10: (1) 1792, 2020 | | Ivanizs László, Monostori István, Farkas András, Megyeri Mária, Mikó Péter, Türkösi Edina, Gaál Eszter, Lenykó-Thegze Andrea, Szőke-Pázsi Kitti, Szakács Éva, Darkó Éva, Kiss Tibor, Kilian Andrzej, Molnár István: Unlocking the Genetic Diversity and Population Structure of a Wild Gene Source of Wheat, Aegilops biuncialis Vis., and Its Relationship With the Heading Time, FRONTIERS IN PLANT SCIENCE 10: 1531, 2019 | | Szőke-Pázsi Kitti, Türkösi Edina, Szakács Éva: Chromosome morphology and cytomolecular characteristics of the perennial rye cultivar ‘Kriszta’, CEREAL RESEARCH COMMUNICATIONS (közlésre elküldve), 2021 | | Szakács Éva: Az évelő rozs - új szerepben, AGROFÓRUM 31: (2020/6) pp. 108-109., 2020 | | Szakács Éva, Szőke-Pázsi Kitti, Kalapos Balázs, Schneider Annamária, Ivanizs László, Rakszegi Marianna, Vida Gyula, Molnár István, Molnár-Láng Márta: 1RS arm of Secale cereanum ‘Kriszta’ confers resistance to stripe rust, improved yield components and high arabinoxylan content in wheat, SCIENTIFIC REPORTS 10: (1) 1792, 2020 | | Szakács É., Schneider A., Rakszegi M., Molnár-Láng M.: Addition of chromosome 4R from Hungarian rye cultivar Lovászpatonai confers resistance to stripe rust and outstanding end-use quality in wheat, JOURNAL OF CEREAL SCIENCE 71: 204-206., 2016 | | Szakács É., Schneider A., Rakszegi M., Vida Gy., Molnár-Láng M.: Transfer of rust resistance from perennial rye (Secale cereanum) to bread wheat via recombinant 1RS.1BL translocation, In: H Buerstmayr, C Lang-Mladek, B Steiner, S Michel, M Buerstmayr, M Lemmens, J Vollmann, H Grausgruber (eds.) Proceedings of the 13 th International Wheat Genetics Sy, 2017 | | Szakács Éva, Schneider Annamária, Rakszegi Marianna, Vida Gyula, Lángné Molnár Márta: Sárga- és levélrozsda-rezisztencia átvitele évelő rozsból (Secale cereanum) a termesztett búzába rekombináns 1RS.1BL transzlokáció előállításával, In: Veisz Ottó (szerk.) XXIII. Növénynemesítési Tudományos Nap: összefoglalók. 2017.03.07 Budapest: Magyar Tudományos Akadémia, p. 145., 2017 | | Éva SZAKÁCS, István MOLNÁR, Kitti SZŐKE - PÁZSI, Annamária SCHNEIDER, Gyula VIDA, Marianna RAKSZEGI, Márta MOLNÁR-LÁNG: Development and characterization of a new recombinant 1RS.1BL translocation line carrying leaf and stripe rust resistance from perennial rye ( Secale cereanum ), In: Eucarpia Cereal section meeting. Clermont-Ferrand, Franciaország, 2018.03.19-2018.03.21. Clermont-Ferrand: INRA, 2018. p. 98. 1 p., 2018 | | Szőkéné Pázsi K, Farkas A, Ivanizs L, Szakács É: A Kriszta évelő rozs (Secale cereanum) kromoszómakészletének vizsgálata mikroszatellit-szekvenciákkal, In: Karsai Ildikó, Polgár Zsolt (szerk.) XXIV. Növénynemesítési Tudományos Nap: Összefoglalók.2018.03.06 Budapest: Magyar Tudományos Akadémia, 2018. p. 133. 1 p. 139 p., 2018 | | Szőkéné Pázsi K., Farkas A., Ivanizs L., Szakács É.: A Kriszta évelő rozs (Secale cereanum) kromoszómakészletének vizsgálata mikroszatellit-szekvenciákkal, In: Karsai Ildikó, Polgár Zsolt (szerk.) XXIV. Növénynemesítési Tudományos Nap: Összefoglalók.2018.03.06 Budapest: Magyar Tudományos Akadémia, 2018. p. 133. 1 p. 139 p., 2018 | | Szőkéné Pázsi K., Molnár I., Ivanizs L., Szakács É.: A ’Kriszta’ évelő rozs (Secale cereanum) hosszú kromoszómakarjainak azonosítása molekuláris citogenetikai módszerekkel, In: Karsai, Ildikó (szerk.) Növénynemesítés a 21. század elején: kihívások és válaszok. XXV. Növénynemesítési Tudományos Nap 2019.03.06-07. Budapest, MTA, pp. 469-472., 2019 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
