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Pflanzenzüchtung (Subject) / Fragenkatalog (Lesson)

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• Nennen Sie die Haupttätigkeiten eines Pflanzenzüchters. 1. Aufstellen eines Zuchtziels2. Schaffung von Variabilität (= genetische Varianz) v.a durch Kreuzung, weniger auch durch Mutation3. Nutzung von Variabilität (= Selektion von Genotypen)
• Welche allgemeinen Zuchtziele verfolgt ein Pflanzenzüchter? 1. Senkung der spezifischen Produktionskosten (ökonomisch & ökologisch):   o mehr Ertrag bei gleichem Aufwand oder gleicher Ertrag bei geringerem Aufwand   o Steigerung der Effizienz oder der Qualität2. Schaffung neuer Produkte (Innovationsführerschaft
• Wie lange schätzen Sie die Zeitdauer von Aufstellung eines Zuchtziels bis zu Realisierung. Von welchen Bedingungen hängt diese Dauer ab? o wesentlich länger als bei vielen anderen Wirtschaftszweigeno annuelle Sorten: 7 bis 15 Jahre (z:B Getreide)o Obst-/Weinbau: 20 und mehr Jahreo Forst mehr als 30 Jahreo Abhängig von Pflanzenart, Entwicklungszyklus…
• 4. Welche Gefahr besteht bei der sog. Genetischen Verarmung bzw. Generosion? Generosion: Verlust von Genvarianteno Verlust von Sortenvielfalt -> Verlust an Material für die Züchtung  keine weitere Verbesserung mehr möglicho Pflanzen sind genetisch verwundbar -> können durch Epidemie befalleno Aber bisher keine bis leichte Anzeichen für Generosion
• Welche Maßnahmen führen zu einer Erhöhung der genetischen Variabilität? o Kreuzung (Rekombination)o Mutation (natürliche oder künstlich durch Chemikalien und Strahlung)o Genetische Modifikation (artfremdes Gen in Pflanzengenom eingebracht)
• Unterschiede Pflanzenzucht und Bau? Pflanzenzucht: Wissenschaft, Kunst und wirtschaftliche Unternehmung zur Veränderung der genetischen Konstitution der Pflanze zur besseren Anpassung an den Menschen Pflanzenbau: landwirtschaftliche Primärproduktion auf Acker und Grünland, Anbau von Nutzpflanzen als Nahrung, Futter, Rohstoffe und biogene Energieträger
• In wie weit hilft das Wissen um die Domestikation für die heutige Erweiterung der genetischen Diversität? ->Ursprungsgebieter heutiger Kulturarten als Quelle für neue gentische Variationen (Wildarten wachsen weiter)-> Landsorten = nicht bearbeitet, aber super an Standort angepasst  Quelle für spezifische Anpassung
• Schutzgedanke Sortenschutz Sortenschutzgesetz:  Sortenschutzgesetz: o Schutz der Züchter: alleiniges Vermarktungsrecht des Züchters, verkauf über Lizenzgebühro Regeln: Sorte ist neu, unterscheidbar, homogen, beständig, besitzt eintragungsfähigen Namen  Saatgutverkehrsgesetz o Schutz von Verbraucher und Landwirto Regelt Sortenzulassungo Kriterien Sortenschutzgesetz + landeskultureller Werto Ermittelt durch Wertprüfung & dokumentiert in Beschreibender Sortenliste
• Biologische Prozesse, die Unterschiede zwischen den Pflanzen begründen Mutationen (langfristig)Natürliche SelektionSexuelle Rekombination
• Welche Mutationen werden in der Pflanzenzüchtung genützt? 1. Genmutation (=Punktmutation): nur einzelne Basen der DNA betroffen- nicht im Phänotyp bemerkt für Identifikationszwecke (genetische Marker)-relevant für Phänotyp: bewertet nach Merkmalsausprägung2. Chromosomenmutation3. Genommutation: wichtig für Artenbildung-Verdopplung vom Chromosomensatz bei Kreuzung 2er Arten führt zu fertilen Nachkommen (Brotweizen)- Polyploidie
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• Was ist Polyploidie? o Vielfacher Chromosomensatzo Entsteht z.T durch Genommutationo Allopolyploidie: 2 verscheidene Gameten haben sich vereinigto Autopolyploidie: Selbstverdopplung eines Genoms->Pflanze besitzt mehr als 2 Allele pro Geno Nutzen:>Kreuzung 2er Arten>Resynthese von Sorten>Herstellung von homozygoten Pflanzen (aus Gameten(Pollen) Pflanzen, durch Verdopplung des Chromosomensatzes fertile Pflanzen)
• Was ist Inkompatibilität? = Selbstinkompatibilität 1. Sporophytisches System:o Pollen von der Narbe erkannt2. Gametophytisches System:o Griffelgewebe verhindert Durchwachsen von Pollenschlauch=selbstung wird verhindert
• Systeme bei Pflanzen zur Regulierung der Fremdbefruchterrate Diklinie: Ausbildung rein weiblicher und rein männlicher Blüten o Diözie (Zweihäusigkeit): Pflanze männlich oder weiblicho Monözie(Einhausigkeit): räumlich voneinander getrennt Zwittrige Blüten: o Protandrie: Pollenkörner vor Reife weiblicher Organeo Protogynie: weibliche Organe vor Pollenkörnero Heterostylie: verschiedene Griffellängeno Selbstinkompatibilität
• Definition Populationsgenetik o Prozesse innerhalb und zwischen Populationeno V.a Zusammenwirken von Einzelpflanzen in abh. vom Paarungssystem und weitern Einflussfaktoren
• Allel-und Genotypfrequenz Genotypfrequenz: Häufigkeit bestimmter Genotypen in einer Population jedes Gen 2 Allele (Varianten eines Gens)Allelfrequenz: Häufigkeit eines Allels in einer PopulationHomzygot: 2 gleiche Varianten eines Gens -> 1AllelHeterozygot: 2 unterschiedliche Varianten eines Gens -> 2 Allele
• Welche Faktoren führen zu einer Allelfrequenzänderung von Populationen? o Mutation: pflanzenzüchterisch wenig relevant, da zu selten um Schwerpukt für Selektion zu sein und um bestehendes Sortenbild zu veränderno Migration: Zu- und ABwanderung von Individuen:züchterisch zuwanderung durch pollen oder ganze Pflanzen gefährlicho Drift: v.a bei kleinen Populationen durch zufällige Schwankungeno Selektion: gerichtet Auswahl von PhänotypenBeziehung Genotyp- und Allelfrequenz: Änderung der Allelfrequenz führt zur Änderung der Genotypfrequenz, jedoch gilt dies nicht immer umgekehrt
• Führt eine Änderung des Paarungssystems (z.B. zunehmende Inzucht) zu einer Allelfrequenzänderung? Nein, dies verändert nur die Genotypfrequenz->Häufigkeit eines Allels bleibt gleich
• Wie verändert eine Änderung des Befruchtungssystems die Allelfrequenzen? Gar nicht, die Häufigkeit für ein Allel bleibt gleich
• Hardy-Weinberg-Gleichgewicht - Zufallspaarung zweier homozygoter Eltern führt in der F1-Generation zu einer Genotypfrequenzänderung, jede weitere Kreuzung jedoch nicht mehr  Gleichgewicht der Genotypfrequenz( Eltern: A1A1 *q + A2A2 *pF1 : A1A1*q2 + A1A2* 2qp + A2A2*p2F2: A1A1*q2 + A1A2* 2qp + A2A2*p2->    q=Allelwahrscheinlichkeit für A1; p für A2; ->A1A1 *q + A2A2 *p = Genotypfrequenz
• 18. Welche Bedingungen müssen erfüllt sein, damit das Hardy-Weinberg-Gleichgewicht gilt? o Zufallspaarung ( Jede Paarungskombi zwischen den Pflanzen muss gleich wahrscheinlich sein)o keine Allelfrequenzänderung findet statto es wird nur ein Genlocus betrachtet (Genloci nicht gekoppelt)o keine Migration von Gameteno keine Selektiono Mutationsrate beider Allele muss gleich hoch sein
• Wie wird die Abweichung vom Hardy-Weinberg-Gleichgewicht bei mehr als einem Genort definiert auf Dauer auch hier ein Gleichgewicht, jedoch wesentlich mehr Generationen nötig: GG. Innerhalb eines Genotyps für die jeweilige Allelkombination Geschwindigkeit der GG.-Einstellung abhängig ob gekoppelt oder nicht
• Wie entwickelt sich eine fremdbefruchtende Population bei der Betrachtung von zwei Genloci die a) ungekoppelt und b) gekoppelt vorliegen nach erfolgter Kreuzung oder Neugruppierung? Welcher Zustand wird langfristig erreicht? a) Gleichgewichtseinstellung für die jew. Allelkombination innerhalb der Genotypen nach mehreren Generationen (bei F1 starke Annäherung, dann immer langsamer)es kommt zu einer Rekombinationb) Gleichgewichtseinstellung erst nach unendlichen GenerationenEs kommt zu keiner Rekombination, nur zu einer Neuordnung
• Wie verändert sich der Anteil Heterozygoter bei fortgesetzter Selbstung/ Wie verändert sich der Anteil heterozygot besetzter Loci bei Selbstbefruchtung ? Je Selbstung nimmt der Anteil heterozygot besetzter Loci um die Hälfte ab->der Anteil heterozygoter Pflanzen sinkt um die Hälfte
• Wozu werden DH-Linien in der Pflanzenzüchtung verwendet? Wie können diese erzeugt werden? DH-Linie: Doppelhaploide Linieo verwendet um vollständig homozygote Pflanzen auf schnellem Weg zu erzeugeno aus Gameten werden lebensfähigen Pflanzen entwickelto Haploidie durch Verdopplung des Chromosomensatz aufgehoben (spontane Verdopplung oder mittels Chemikalien z.B. Colchizin)
• Welchen Vorteil haben DH-Linien? + sind vollständig homozygot sofort+ keine Kopplungsbrüche
• Worin unterscheiden sich DH-Inzucht-Linien von rekombinanten Inzucht-Linien? o RI-Linien weisen noch heterozygote Chromosomenabschnitte auf, da bei der Meiose Kopplungsbrüche stattfinden können  es kommt zu Genotypfrequenzänderungeno DH-Linien sind komplett homozygot
• Wie kann das Hardy-Weinberg-Gleichgewicht unter gleichzeitiger Berücksichtigung von Selbstungsanteilen geschrieben werden Als Wright’sche Gg. (p2+Fpq)A1A1+(2pq-2fpq)A1A2+(q2+Fpq)A2A2
• Wie lautet das Wright'sche Gleichgewicht? Gleichgewicht für ein Population mit Selbst-und Fremdbefruchtern:(p2+Fpq)A1A1+(2pq-2Fpq)A1A2+(q2+Fpq) A2A2 (Genotypfrequenz)-> F=0 Hardy-Weinberg-> F=1 ∞ viele Generationen bis Gg
• Geben Sie die genetische Struktur je einer Landsorte von Selbst- und Fremdbefruchtern an (z.B. homogen oder heterogen, homozygot oder heterozygot)? -Selbstbefruchter: homozygot und heterogen- Fremdbefruchter: heterozygot und heterogen
• Unterschied Quantitative und Populationsgenetik Popilationsgenetik beschreibt Prozesse innerhalb und zwischen Population in Abhängigkeit von den relevanten Einflussgrößen  in der quantitativen Genetik wird berücksichtigt das sichdie betrachteten Gene und allele auf die quantitative Merkmale auswirken
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• Genetische Varianz genetische Varianz VG: Züchter wollen möglichst große Varianz in Population zur Selektion VG= p2(a-M)2+2pq(d-M)2+q2(-a-M) = 2pq (a+d(q-p))2+(2pqd)2 (Population im Hardy-Weinberg-Gg.)                                            = Va                  = VD->beschreibt die Unterschiede zwischen den Genotypen
• Wie ist der Zusammenhang zwischen Zuchtwert, VA, und deren Beziehung zu a und d? Von welchen Größen ist der Zuchtwert abhängig? o Zuchtwert: Werte den ein Individuum an Nachkommen weitergibt; wird über Addition der Alleleffekte bestimmt; abhängig von den Allelfrequenzen und den Größe a & d -> A1A1= 2α1     A1A2= α1α2     A2A2= 2α2o Additiv genetische Varianz VA: Varianz der Zuchtwerte, = 2pq*α2; auch von Allelfrequenz, a & d abhängig
• Von welchen Größen ist die additiv genetische Varianz und von welchen die Dominanzvarianz abhängig? o additiv genetische Varianz VA= 2pq*α2; abhängig von Allelfrequenz,  α & d o Dominanzvarianz VD= (2pq d)2  abhängig von Allelfrequenzn und d
• Können Sie erklären, weshalb ein homozygoter Genotyp einen Beitrag zur Dominanzvarianz leistet (natürlich nur bei d>o). o Da homozygote Eltern bei Zufallspaarungen auch heterozygote Nachkommen bilden können
• Was ist Epistasie? Was ist Dominanz? o Dominanz: Abweichung vom additiven Wirkungsmodell innerhalb eines Genlocuso Epistasie: Abweichung vom additiven Wirkungsmodell zwischen mehreren Genloci
• Was versteht man unter GCA und SCA GCA= allgemeine Kombinationsfähigkeit für ein IndividuumSCA = spezifische Kombinationsfähigkeit zwischen zwei Individuen Bei Testkreuzungsleistungen (Population mit Test (andere Inzuchtlinie, Population gekreuzt)
• 35. Was ist Heterosis? Was ist Heterosiszuwachs, was ist die Hybridleistung o Heterosis: Leistungsüberlegenheit einer heterozygoten F1-Generation über das Mittel ihrer homozygoten Eltern (Nachkommen ingezüchteter Eltern übertreffen Leistung der Eltern in fast allen quantitativen Merkmalen)o Heterosiszuwachs: Nutzung nur eines Teils der Heterosis, wenn die Eltern nicht vollständig homozygot sindo Hybridleistung: Überlegenheit der Nachkommen über das Elternmittel durch Heterosis & Leistungssteigerung
• Was unterscheidet die Heterosis von dem Heterosiszuwachs? Eltern sind nicht vollständig homozygot bei Heterosiszuwachs im Gegensatz zur Heterosis->Heterosis wird nur teilweise ausgenutzt
• Welche Beziehung besteht zwischen Heterosis und Inzuchtdepression o Inzuchtdepression: durch Inzucht höherer Anteil homozygot besetzter Genloci  negative rezessive Allele treten hervor -> Leistungsabfall und negatives Erscheinungsbildo Heterosis: Kreuzung zweier Inzuchtlinien -> einmaliger Leistungsanstieg, danach wieder Inzuchtdepression bis zur völligen Inzucht -> wieder Heterosis usw.
• Wie kann Heterosis erklärt werden? 1. Dominanzhypothese:-Heterosis basiert auf einer Maskierung der ungünstigen rezessiven Allele in heterozygoten Individuen, damit kommen diese ungünstigen Allele in ihnen nicht zur Ausprägung 2. Überdominanzhypothese:-an vielen der beteiligen Genorte herrscht Überdominanz-  d.h. der wert von d ist größer als a was die leistungsüberlegenheit der heterozygoten nachommen begründet3. Epistasiehypothese:o Wechselwirkung zwischen Genloci 
• Was versteht man unter Heritabilität in engerem und weiterem Sinne? 1. im weiteren Sinne:o Anteil der Genotypen (genetische Varianz Vg) an der Merkmalsvarianz (phänotypische Varianz Vp)o h2=Vg/Vp= Vg/(Vg+VG*U+VFehler)o VG*U= Genotyp-Umwelt-Wechselwirkung; VFehler= Varianz des zufälligen FehlersoSkala von 0 bis 1 ;0,5 :50 % der Varianz durch den Genotyp2. im engerem Sinneo bei Frage nach Weitergabe eines Mermals von den Eltern auf die Nachkommen Wirkung der Allele, die zur Merkmalsausprägung in der nächsten Generation beitrageno Anteil der additiv genetischen Varianz (Va) an der phänotypischen Varianz (Vp) h2=Va/Vp= Va/(Va+VD+VG*U+VFehler) VD= Dominanzvarianz
• Wie kann die Heritabilität erhöht werden?  Anbau von Pflanzengruppen (Voll-und Halbgeschwister) in Parzellen & Familien Mehrere Wdh. des Anbaus über mehrere Jahre Anbau an unterschiedlichen Standorten Identische Pflanzen (durch Biotechnik) unter unterschiedlichen Bedingungen Ausmerzen von Versuchsfehlern, Wechselwirkung mit Umwelt etc.
• Warum wird in der Selektion ein Unterschied gemacht, ob ein Merkmal vor oder erst nach der Blüte meßbar ist? o Ist entscheidend für die Auswahl der Elterno Merkmal vor der Blüte: Selektion von Vater und Muttero Merkmal nach der Blüte: Selektion von nur der Mutter, da Vater der nicht selektierten Population schon zur Bestäubung beigetragen hat hat Einfluss auf Heritabilität  Selektion nur eines Elters = 0,5h2 ->Elternkontrolle c
• Wie ist der Selektionserfolg definiert? o R= π1- π0        π= Populationsmittel für ein Merkmal (beobachteter)o Gibt Änderung im Populationmittel durch Selektion ano Unterteilt in beobachteten und erwarteter SelektionserfolgR=h2 S  S=selektionsdifferenz 
• Wie kann der Selektionserfolg gesteigert werden? o nur kleine Fraktion von selektierten Individuen oder Familien weiterführen  Inzucht ist größer o additive genetische Varianz zwischen Prüfgliedern, Familien etc. besonders differenziert ->beide Eltern selektiert, Selektion von Vollgeschwisterno Erhöhung der additiven genetischen Varianz  Kreuzungskombinantion, genetische Ressourcen einfügeno Heritabilität erhöhen: Reduktion von nichtgenetischen Einflüssen
• Welche Grenzen könnten bei der Erhöhung der Selektionsintensität gegeben sein? umso kleiner die selektierte Fraktion, umso eher kommt es zum Drift -es kann zu steigender Inzzucht kommen-
• Wann ist die Selektion auf ein Hilfsmerkmal erfolgreicher als auf ein Zielmerkmal? o Selektion auf Hilfsmerkmal = indirekte Selektiono Wenn Hilfsmerkmal im Gegensatz zu Zielmerkmal schon vor der Blüte auftritt höherer Selektionserfolg bei geringerem Prüfaufwando Hohe Heritabilität des Hilfsmerkmalo Enge Korrelation mit dem Zielmerkmalo Wenn gilt Rind./Rdir=(│r│*h‘)/h  -> Produkt aus genetischer Korrelation (r) und Wurzel der Heritabilität des Hilfsmerkmal (h‘) größer als Wurzel der Heritabilität des Zielmerkmals (h)QTL(Quantitative Trait Loci): Genloci der quantitativen Merkmale
• 45. Welche Abschnitte des Chromosomens zeigen ein reduziertes crossing-over? o Im Centromero Bei kleineren Chromosomen
• Sind entlang der Chromosomen die Häufigkeiten für crossing-over und damit für eine Rekombination an allen Stellen gleich oder können Sie Gesetzmäßigkeiten etc. angeben? o Chromosomensegmente die weitest gehend homozygot sind weniger oder gar keine Rekombination  Chromosomensegmente die weitestgehen heterozygot sind dagegen große Wahrscheinlichkeit für Rekombinationo Gene die nahe beieinander liegen, also gekoppelt sind, werden seltener rekombinierto Im Centromer ist die Rekombinationshäufigkeit wesentlich geringer als im Telomero bisher nicht erklärte Hot spots mit besonders hohe Rekombinationswahrscheinlichkeito Größere Chromosomen haben eine höhere Crossing-over Wahrscheinlichkeit
• Wie wird die sog. Extrachromosomale Vererbung in der Pflanzenzüchtung genutzt? = Cybridisierungo Übergabe der zytoplasmatischen Komponenten (Mitochondrien, Plastiden)o Durch Abtöten des Zellkerns mit z.B Röntgenstrahlung & anschließender Zellfusiono Bei Übertragung von Eigenschaften die durch Mitochondrien und/oder Plastiden kontrolliert wird z.B. männliche Sterilisation

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