Advances in plant mutation breeding

Die Nachhaltigkeit der weltweiten Landwirtschaft wird durch Bevölkerungswachstum, geringere Verfügbarkeit von Anbauflächen und Klimaveränderungen bedroht. Pflanzenmutationszüchtung leistet durch die Entwicklung neuartiger Genressourcen einen wichtigen Beitrag zur Bewältigung dieser Herausforderungen und besteht aus drei wichtigen Komponenten: 1) alternative physikalische (nicht radioaktive) Mutagene; 2) neue Methoden zum Populationsaufbau; 3) neue phänotypische Screeningverfahren. Die Wirkung von Röntgenstrahlen auf verschiedene Kulturpflanzen wurde untersucht. Röntgenbestrahlung erzeugte dabei ähnliche Mutanten wie Gamma-Bestrahlung und kann daher als Alternative verwendet werden. Physikalische and chemische Mutationsverfahren wurden für die Induktion von Variabilität in der nicht-domestizierten Biodieselpflanze Jatropha curcas entwickelt. Mikroknollen wurden als neues Zielgewebe für Mutationsinduktion in Kartoffel untersucht. Mikroknollen erwiesen sich als nützlich, da Chimären schnell aussortiert werden können. Zwei stark kontrastierende Genotypen wurden untersucht: eine heterozygote tetraploide Sorte und eine homozygote diploide Wildart. Das Screening nach gewünschten Mutanten bleibt ein zentrales Thema für die Pflanzenzüchtung und daher wurden neue Methoden zum phänotypischen und genotypischen Screening nach abiotischen Stressantworten und Ernährungsmerkmalen entwickelt; z.B. ein Screening auf Salztoleranz in Reis unter Nutzung von Kernenergie und Analyse der Elementzusammensetzung. Es konnte gezeigt werden, dass ein kontrolliertes Screening für die Auswahl potentieller salztoleranter Linien funktioniert. Durch Vorauswahlverfahren kann die Populationsgröße auf einige wenige interessante Individuen reduziert werden. So können etwa morphologische Marker mit Merkmalen von Interesse verbunden sein, z.B. die Samenmorphologie der Erdmandel mit ihrer ernährungsphysiologischen Qualität. Visuelle Auswahl von Morphotypen wurde auch verwendet, um Mutanten von Sorghum aus Gamma-bestrahlten Saatgut zu ermitteln. Farbmutationen in der Samenschale korrelierten mit Protein- und Stärkepolymorphismen und mit Variationen in der Ernährungsqualität. Diese Sorghummutanten haben ein großes Potenzial als Nahrungs- und Futtermittel.World agriculture sustainability is threated by increasing human populations, reduced availability of cultivated land and changing climate patterns. Plant mutation breeding is a major component in addressing these concerns in developing novel germplasm. Plant mutation breeding has three major features which form the basis of this thesis in developing 1) alternative physical mutagens (non-radioactive); 2) new methods for population development; and 3) new phenotypic screening methods for desired mutants in a range of crop plants. Seed and vegetatively propagated crops were irradiated to show the efficacy of X-ray mutagenesis. X-ray irradiation produced a similar range of mutants than gamma irradiation and can therefore be used as an alternative. Additionally a method for enhancing variability in undomesticated Jatropha curcas was developed for physical and chemical mutagens. Micro-tubers as new target tissues were investigated with in vitro methods for mutation induction in potato. Micro-tubers provide useful material in which chimeras can be dissolved quickly. That work on potato involved the study of two highly contrasting genotypes: a heterozygous tetraploid and an inbred homozygous diploid. Screening for desired mutants has been a major issue for plant mutation breeding therefore new Phenotypic and genotypic methods for abiotic stress and nutritional traits are needed. As an example screening for salt tolerance was performed in rice using nuclear energy and element content analyses. Obtained data indicated constitutive mechanisms from control to salt treatment conditions with similar patterns. Therefore screening under control conditions can be effective in selecting potential salt tolerant lines. Simple pre-screens can reduce the population size to potential individuals. For example, morphological markers associated with traits of interest, e.g. nutritional quality. In the studies of natural diversity of Cyperus esculentus seed morphology and nutritional quality association was observed. Visual selection of morphotypes was also applied to gamma irradiated sorghum mutants. Seed color mutants showed protein and starch polymorphisms, and variation in nutritional quality. These mutants therefore have potential in changing the nutritional quality of sorghum for food and feed.submitted by Souleymane BadoZusammenfassung in deutscher SpracheParalleltitel [Übersetzung des Autors]: Fortschritte in der Mutationszüchtung bei PflanzenUniversität für Bodenkultur Wien, Dissertation, 2015OeBB(VLID)193029