 |
Consortional main: Developement of selection methods for grape varieties with multiple and durable resistances for sustainable viticulture
|
Help 
Print 
|
Here you can view and search the projects funded by NKFI since 2004
Back »
|
| |
Details of project |
|
|
| Identifier |
125474 |
| Type |
K |
| Principal investigator |
Kozma, Pál |
| Title in Hungarian |
Konzorcium, fő p.: Szelekciós módszerek fejlesztése a fenntartható szőlőtermesztést szolgáló, kórokozókkal szemben magas fokon ellenálló innovatív fajták nemesítéséhez. |
| Title in English |
Consortional main: Developement of selection methods for grape varieties with multiple and durable resistances for sustainable viticulture |
| Keywords in Hungarian |
molekuláris szelekció, tartós rezisztencia, fekete rothadás, lisztharmat, fenntartható szőlőtermesztés |
| Keywords in English |
molecular selection, durable resistance, black rot, powdery mildew, sustainable viticulture |
| Discipline |
| Plant breeding (Council of Complex Environmental Sciences) | 80 % | | Horticulture (Council of Complex Environmental Sciences) | 20 % |
|
| Panel |
Plant and animal breeding |
| Department or equivalent |
Research Institute of Viticulture and Oenology (University of Pécs) |
| Participants |
Hoffmann, Sarolta
Roznik, Dóra
Szabó, Márton Olivér
|
| Starting date |
2017-12-01 |
| Closing date |
2023-05-31 |
| Funding (in million HUF) |
16.975 |
| FTE (full time equivalent) |
11.08 |
| state |
closed project |
Summary in Hungarian A kutatás összefoglalója, célkitűzései szakemberek számára
Itt írja le a kutatás fő célkitűzéseit a témában jártas szakember számára.
Innovatív fajtajelöltjeink versenyképes minőséggel és magas fokú peronoszpóra és lisztharmat rezisztenciával rendelkeznek. Ugyanakkor a feketerothadás a védelem nélküli ültetvényekben akár a teljes termést is elpusztíthatja. Ezért a feketerothadással szembeni rezisztenciát is be kell építeni új fajtajelöltjeinkbe, hogy elérjük eredeti célunkat, hogy még járványos helyzetben se kelljen kémiai növényvédelmet végezni. A lisztharmat rezisztencia tartósságának biztosítása érdekében egy újabb, nem rassz specifikus rezisztencia gén beépítése is szükséges az új fajtákba.
Egyik célunk a Csillám fajtában azonosított magas fokú feketerothadás ellenállóság feltárása, a rezisztenciát biztosító gének térképezése és molekuláris markerek azonosítása a molekuláris szelekció számára.
A lisztharmat rezisztencia tartósságának biztosításához elengedhetetlen monogénes rezisztenciák piramidálása. A kelet-ázsiai Vitis Romanetii szőlőfajban azonosított Ren4 génforrást bevontuk a nemesítési programunkba, de a sikeres génpiramidálás akadálya a működőképes molekuláris markerek hiánya. Második célunk a Ren4 génthez kapcsolt ismert SNP-k alkalmazhatóságának feltárása.
A konzorciumban megvalósuló kutatás lehetővé teszi, hogy a génpiramidálásban és a legújabb molekuláris technikákban jártas kutatók együtt dolgozhassanak. A PTE SZBKI több évtizedes tapasztalata a rezisztencianemesitésben, valamint a SZIE Szőlészeti Tanszékénnek az utóbbi években megvalósított több sikeres új generációs szekvenálási projektben szerzett tapasztalata, valamint a két intézet és a vezető kutatók ugyancsak több évtizedre visszanyúló szakmai kapcsolata a záloga a sikeres együttműködésnek.
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.
A kutatás alapkérdése, hogy a Csillám szőlőfajta feketerothadással szembeni kiemelkedően magas rezisztenciája milyen genetikai háttérrel bír, és melyik kapcsoltsági csoporto(k)on helyezkedik el? Hipotézisünk, hogy a rezisztencia genetikai meghatározottságú, a Csillám fajta vérvonalában az apai ágról a Seibel 4643 hibridtől származik, ami észak-amerikai feketerothadás ellenálló szőlőfajok, elsősorban a Vitis rupestris leszármazottja. A Csillám fajta keresztezésével hasadó hibridcsaládot hozunk létre. Az utódokat mesterséges fertőzés után rezisztenciafokozatokba soroljuk be. A fenotípusok ismeretében egyetlen nukleotid polimorfizmusokat ( SNP) azonosítunk új generációs szekvenálás alapján, majd ezek felhasználásával genetikai térképet készítünk és beazonosítjuk azt-azokat a genomi régiókat, melyek a rezisztenciáért felelősek. A rezisztenciagénekhez kapcsolt molekuláris markereket fejlesztünk, melyek a nemesítési munka során használhatóak a szelekcióra.
A Vitis romanetii faj könnyen keresztezhető a hagyományos fajtákat adó Vitis vinifera fajjal, azonban a lisztharmat rezisztenciát hordozó 18-as kromoszóma nagy eltéréseket mutat a V. vinifera-hoz képest. A kutatás második alapkérdése, hogy a Vitis romenettii x Vitis vinifera BC2 populációban azonosított SNP-k alkakmasak-e arra, hogy további visszakeresztezésből származó populációkban is a Ren4 lókusz azonosítására szolgáljanak.
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!
A feketerothadás a 2000-es évekig nem okozott megbetegedéseket Európában, az elmúlt években viszont világszerte a figyelem középpontjába került. A szőlő génforrások feltárására irányuló INNOVINE projektben azonosítottuk a magyar nemesítésű, interspecifikus származású Csillám fajta kiemelkedő feketerothadás ellenállóságát. Feketerothadás rezisztencia nemesítési programok elindulásáról még nem számoltak be, így az Intézetünkben elkezdett munka világviszonylatban is egyedülállónak számít. A feketerothadás rezisztencia beépítése nélkül az új innovatív fajtáink nem tudják teljesíteni eredeti rendeltetésüket, nem termeszthetők vegyszermentesen. A feketerothadás rezisztencia génekhez kapcsolt molekuláris markerek segítségével a nemesítésben a fajta előállítás során nagy számú hibridet tudunk magonckorban értékelni feketerothadás ellenállóságra. Ennek kiemelt jelentősége van abból a gyakorlati szempontból is, hogy míg a lisztharmattal vagy peronoszpórával szembeni ellenállóságra viszonylag könnyű szelektálni és a markertámogatott szelekcióra a piramidálás miatt van szükség, a feketerothadás kórfolyamata miatt a fertőzések megbízható kivitelezése és értékelése a mindennapi rutin szelekció során nehézkes.
A lisztharmat elleni rezisztencia kialakítása szőlőben hosszabb múltra tekint vissza, több szőlőfajban azonosítottak rezisztenciagéneket. Az R-génes nagyhatású rezisztenciák, melyek jól használhatóak a visszakeresztezéses nemesítésben, sérülékenyek a gyorsan változó kórokozó populációval szemben. Ezért szükségszerű a rasszspecifikusságban eltérő R-gének piramidálása a rezisztens fajtákban. A Vitis romanetii fajban 2010-ben azonosított Ren4 gén a legmagasabb fokú rezisztenciát biztosítja az eddig feltárt források közül és rasszspecifikussága sem ismert.
Nemesítési programunkban a világon elsőként piramidáltuk a Ren4 gént a szintén nagyhatású Run1 lókusszal. Mindkét gén tünetmentes fokú rezisztenciát biztosít így csak molekuláris eszközökkel tudjuk kiválasztani a mindkét gént tartalmazó hibrideket miatt. Ebből a kombinációból előállított fajták kiemelkedő jelentőséggel fognak bírni a tartós lisztharmat rezisztencia biztosítása szempontjából.
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 19. század második felében az Észak-Amerikából behurcolt kórokozók, lisztharmat, filoxéra, peronoszpóra, az európai szőlőtermesztést tönkretették, súlyos gazdasági és társadalmi krízist váltottak ki. Hatékony kémiai növényvédelmet dolgoztak ki a betegségek ellen, de a szőlő az egyik legkörnyezetszennyezőbb kultúra lett Európában. A mezőgazdasági terület 2%-a szőlőültetvény, de ezen a területen használják fel a növényvédő szerek közel 50%-át. Az Ecophyto terv 50%-kal kevesebb szerfelhasználást és 34 hatóanyag kivonását rendelte el. Az egészséges környezet és az egészséges élelmiszerek iránti társadalmi igény felerősödött a szőlőtermesztési régiókban is, melynek kielégítése csak az új innovatív rezisztens fajták előállításával és bevezetésével lehetséges. Az új innovatív fajták tartós és magasfokú rezisztenciával rendelkeznek minden gazdaságilag jelentős betegséggel szemben, emellett versenyképes minőségű termést adnak.
A Pécsi Szőlészeti és Borászati Kutatóintézet (PTE SZBKI) 2000-ben indított rezisztencianemesítési programjában nagyhatású monogénes rezisztenciával rendelkező forrásokat használt fel a versenyképes minőségű peronoszpóra, lisztharmat ellenálló fajták nemesítésében. 10 év teljes vegyszermentes termesztés mellett tünetmentes tőkékről teljesen egészséges termést szüreteltünk. 2010 óta rendszeresen és járványszerűen lép fel a feketerothadás, mely betegség a 19. század vége óta jelen van Európában, de csak az utóbbi másfél évtizedben a környezetkímélő termesztés térhódításával vált súlyos kórokozóvá. Ennek tanulsága, hogy a feketerothadás rezisztenciát is be kell építeni a az új innovatív rezisztens fajtákba.
| Summary Summary of the research and its aims for experts
Describe the major aims of the research for experts.
Our innovative variety candidates posess high level resistances to mildews and competitive fruit quality, but black rot is able to destroy the yield of these varieties if chemical plant protection is not applied prophylactic. Thus black rot resistance needs to be introgressed into new candidate varieties, to fulfill the aim of resistance breeding, that is no chemical plant protection have to be used. To secure the durability of powdery mildew resistance a further non-race-specific resistance gene needs to be introgressed into new varieties.
Our first aim is the exploration of the high level black rot resistance identified in the variety Csillám, the genetic mapping of genes conferring for the resistance, and developing molecular markers linked to the resistance genes.
To secure the durability of powdery mildew resistance stucking of R-gene mediated resistances is inevitable. The source of Ren4 gene, which was identified in an east-asian grape Vitis Romanetii was incorporated in our breeding program, but the the successful pyrímiding of Ren4 with other genes is prohibited by the lack of useable molecular markers. Thus our second aim is the exploration of usefullness of SNPs detected in the Ren4 region.
Research work carried out in frame of a consortium enables the common work of researchers practiced in molecular genetic technolgies and in gene pyramiding. RIVE (PTE) has a long experience in grape resistance breeding, Department of Viticulture (SZIU) has more sucessfullly accoplished projects in field of next generation genome sequencing, besides the good correspondance of the leader researchers are the keys of the successfull achivement of this project.
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.
The first fundamental question of this research is the identification of the genetic determinism of the high level balck rot resistance discovered in variety Csillám and on which likage groups is it located. We hypothesize that the resistance is heritable and it is derived from Seibel 4643 and the paternal branch of Csillám, which are descendants of Vitis rupestris. By crossing Csillám with a sensitive partner a segregating population will be created. After artificial infection the progeny will be classified on the phenotypic level. According to the phenotype Single Nucleotid Polimorphisms (SNPs)will be identified based on Next Generation Sequencing. SNPs will be used to create a genetic map and to localise genomic regions responsible for black rot resistance. Molecular markers linked to the resistance carriing regions will be developed, for application in MAS in breeding.
Vitis Romanetii hybridises easily with Vitis vinifera, the species to which traditional grape cultivars belong, however the genomic region on chromosome 18 which carries the Ren4 locus shows considerable deviations compared to V. vinifera. The second fundamental question of this research is wether SNPs detected in Vitis romenettii x Vitis vinifera BC2 populations are suitable for identification the Ren4 haplotype in populations derived from further backcrosses.
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.
Black rot disease remained sporadic until the latest decades in most of the European vine growing regions, however since 2010 epidemics are increasingly common in Europe, causing severe crop losses. In frame of FP7 INNOVINE Project aiming the discovery of new resistance sources for grapes, the interspecific hungarian bred grape cultivar Csillám was identified as highly resistant to black rot. There is no report about starting any black rot resistance breeding projects in the world, thus ours will be the first which aims to incorporate balck rot resistance into innovative varieties. Without the black rot resistance attribute the chemical free cultivation of mildews resistance cultivars is senseless. Molecular markers linked to black rot resistance loci aid the identification of resistant progeny in young seedlings. It has a significant importance for the practice, as it is relatively simple to select for mildews resistance on the phenotypic level and marker aided selection is needed only for the pyramiding of genes, the pathogenesis of black rot makes the reliable infection and phenotypic evaluation in the practical selection complicated.
Breeding powdery mildew reistant grape cultivars have a long history, whilst several grape species were identified as resistant. Powerful R-gene coded resistances, that are suitable for several backcrosses, are vulnerable in the field by rapidly evolving pathogen populations. These facts emphasize the importance of using pyramiding strategies involving R-genes with different effector recognition. Ren 4 loci, identified lately in Vitis Romanetii confers the strongest resistance to powdery mildew without known race specificity.
Pyramiding the Ren4 and Run1 genes is unique and was accoplished in our breeding program. The symptomless resistance provided by both genes necessitate the molecular selection for progeny with pyramided resistance genes. New varieties selected from this gene combination will have outstanding significance for securing durable resistance to powdery mildew.
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.
Pathogenes of grapevine, like powdery and downy mildews, and filoxera introduced to Europe in the second half of the 19th century have deteriorated the european viticulture, generating serious economic and societal crisis. An effective plant protection protocol was worked out, but grapevine became the most environment contaminating crop in agriculture. 50% all plant protection chemicals are used on the 2% of the arable land planted with grape in Europe. The Ecophyto plan wants to reduce the fungicide application by 50% and plans to put 34 agents out of commission.
There is increasing public interest for a healthier environment and food, which can be gratified only by breeding and cultivating new innovative grape varieties, which have high level and durable resistances to all diseases with economic importance, besides posess a competitive quality with traditional cultivars.
The Research Institute of Enology and Viticulture in Pécs has started a resistance breeding program in 2000 for creating varieties with high level resistances to mildews with competitive fruit quality by using monogenic resistance sources. During a decade of chemical free cultivation of these candidate cultivars in the experimental vineyard no mildews’ symptoms occured and there was no yield loss due to diseases. Since 2010 black rot has appeared annually and epidemic in our vineyard. Black rot diseasehas been present in Europe since the 1880’s however economic loss has been caused only in the past decade as a result of spreading of environmentally friendly production methodes. We concluded that black rot resistance must be incorporated in new innovative grape varieties.
|
|
|
|
|
|
|
|
| |
List of publications |
|
|
| Szabó, Márton; Csikász-Krizsics, Anna; Dula, Terézia; Farkas, Eszter; Roznik, Dóra; Kozma, Pál; Deák, Tamás: Black Rot of Grapes (Guignardia bidwellii)—A Comprehensive Overview, Horticulturae. 9 (2): 130., 2023 | | Dong, Yang; Duan, Shengchang; Xia, Qiuju; Liang, Zhenchang; Dong, Xiao; Margaryan, Kristine; Musayev, Mirza; Goryslavets, Svitlana; Zdunić, Goran; Bert, Pierre-François et al.: Dual domestications and origin of traits in grapevine evolution, Science, 2023 | | Bodor-Pesti, Péter; Taranyi, Dóra; Deák, Tamás; Nyitrainé Sárdy, Diána Ágnes; Varga, Zsuzsanna: A Review of Ampelometry: Morphometric Characterization of the Grape (Vitis spp.) Leaf, Plants. 12(3): 452., 2023 | | Szűgyi-Reiczigel, Zsófia; Ladányi, Márta; Bisztray, György Dénes; Varga, Zsuzsanna; Bodor-Pesti, Péter: Morphological Traits Evaluated with Random Forest Method Explains Natural Classification of Grapevine (Vitis vinifera L.) Cultivars, Plants 11(24): Paper: 3428 , 13 p., 2022 | | Szőke Antal, Deák Tamás, Roznik Dóra, Kiss Erzsébet, Bisztray György Dénes, Kozma Pál: A REN4 lisztharmat rezisztencia gén szelekciójára alkalmas molekuláris markerek fejlesztése szőlőben, Polgár, Zsolt; Karsai, Ildikó; Bóna, Lajos; Matuz, János; Taller, János (szerk.) XXVIII. Növénynemesítési Tudományos Napok: Összefoglaló kötet. Keszthely, Magyarország, 2022 | | Farkas Eszter, Kellner Nikolett, Szabó Márton, Szőke Antal, Kiss Erzsébet, Bisztray György Dénes, Kozma Pál, Deák Tamás, Nyitrainé Sárdy Diána Ágnes: A sztilbének szerepe a szőlő feketerothadás fertőzésre adott korai válaszreakciójában, Polgár, Zsolt; Karsai, Ildikó; Bóna, Lajos; Matuz, János; Taller, János (szerk.) XXVIII. Növénynemesítési Tudományos Napok: Összefoglaló kötet. Keszthely, Magyarország, 2022 | | Tamás, Deák; Eszter, Alexandra Farkas; Hakim, Tafer; György, Dénes Bisztray; Pál, Kozma; Diána, Nyitrainé Sárdy; Fatemeh, Maghuly: Structural Variation Analysis on Two Grapevine Hybrid Families Segregating for Economical Important Traits, Gerard, Lazo; David, Grant; Victoria, Carollo Blake Plant and Animal Genome XXIX Abstract Book, PO0157., 2022 | | Kozma P.: Kórokozókkal szemben ellenálló borszőlő fajták új generációja, Borászati Füzetek Kutatás. 32(1): 24-29. p., 2022 | | Kellner Nikolett, Farkas Eszter, Bisztray György Dénes, Deák Tamás, Nyitrainé Sárdy Diána Ágnes: A feketerothadást okozó Guignardia bidwellii konídiumok csírázása fogékony és ellenálló szőlőfajták levelén, Borászati füzetek, 31(2): 30-33. p., 2021 | | Farkas, Eszter; Kellner, Nikolett; Deák, Tamás; Bisztray, György Dénes: Comparative transcriptome profiling of resistant and susceptible grapevine varieties infected with black rot, Pintér, Gábor; Zsiborács, Henrik; Csányi, Szilvia (szerk.) Arccal vagy háttal a jövőnek? : LX. Georgikon Napok Keszthely, Magyarország : Pannon Egyetem Georgikon Kar, 2018 | | Sarolta Hoffmann, Dóra Roznik, Pál Kozma: Searching for black rot resistance in a wide Vitis germplasm, XII International Conference on Grapevine Breeding and Genetics. 2018 július 15-20. Bordeaux, France. Abstract book. p. 156., 2018 | | Szőke, A ; Deák, T ; Roznik, D ; Kiss, E ; Bisztray, Gy-D ; Kozma, P: Komplex markerfejlesztés a szőlő lisztharmat- (Ren4) és feketerothadás rezisztenciájának nyomon követésére, Bóna, Lajos; Karsai, Ildikó; Matuz, János; Pauk, János; Polgár, Zsolt; Veisz, Ottó (szerk.) XXVI. Növénynemesítési Tudományos Napok: Összefoglaló kötet. 37. p., 2020 | | Kellner Nikolett, Farkas Eszter, Bisztray György Dénes, Deák Tamás, Nyitrainé Sárdy Diána Ágnes: A feketerothadást okozó Guignardia bidwellii konídiumok csírázása fogékony és ellenálló szőlőfajták levelén, Borászati füzetek, 2021 | | Eszter Farkas, Markus Freudhofmaier, Sonja Gierlinger, Tamás Deák, Fatemeh Maghuly: Enhancing powdery mildew resistance in grapevine using the CRISPR/Cas9 system, Plant Genome Editing & Genome Engineering II Conference, Vienna, Austria, July 5 – 6, 2019, Book of Abstracts, 2019 | | Szőke Antal, Deák Tamás, Roznik Dóra, Kiss Erzsébet, Bisztray György Dénes, Kozma Pál: A REN4 lisztharmat rezisztencia gén szelekciójára alkalmas molekuláris markerek fejlesztése szőlőben, Polgár, Zsolt; Karsai, Ildikó; Bóna, Lajos; Matuz, János; Taller, János (szerk.) XXVIII. Növénynemesítési Tudományos Napok: Összefoglaló kötet. Keszthely, Magyarország :, 2022 | | Farkas Eszter, Kellner Nikolett, Szabó Márton, Szőke Antal, Kiss Erzsébet, Bisztray György Dénes, Kozma Pál, Deák Tamás, Nyitrainé Sárdy Diána Ágnes: A sztilbének szerepe a szőlő feketerothadás fertőzésre adott korai válaszreakciójában, Polgár, Zsolt; Karsai, Ildikó; Bóna, Lajos; Matuz, János; Taller, János (szerk.) XXVIII. Növénynemesítési Tudományos Napok: Összefoglaló kötet. Keszthely, Magyarország :,, 2022 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
