L. Frese

AEGIS: a regionally based approach to PGR conservation.

Introduction Globally, there are about 1.800 genebanks and/or germplasm collections exist, holding approximately 7.4 million accessions of which an estimated 2 million are unique (FAO, 2010). Of the 3.8 million accessions with status information available, about 700.000 (18%) are crop wild relatives (CWR) and 1.700.000 (44%) landrace accessions, held in respectively 724 and 901 genebanks. In Europe, approximately 625 genebanks and/or germplasm collections have been reported, holding more than 2 million accessions of which 30-40% have been estimated to be unique (FAO,2010). Further, approximately 84.500 accessions of the 1.1 million accessions included in EURISCO, are wild species (including CWR) and 268.840 landrace accessions maintained in respectively 120 and 223 genebanks (EURISCO, 2011). In the late nineties, the European Cooperative Programme for Plant Genetic Resources (ECPGR) reported difficulties with the maintenance of plant genetic resources, in particular a lack of long-term conservation facilities, insufficient safety-duplication, regeneration backlogs and of inhomogeneous quality of conserved germplasm. Since 1998 the Steering Committee of ECPGR has been discussing options for the sharing of conservation responsibilities between European countries and decided in 2003 to initiate a feasibility study on an European Genebank Integrated System (AEGIS), using four model crops (Allium, Avena, Brassica and Prunus spp.),representing different biology and policy related scenarios. In 2006 the Steering Committee decided to formally establish AEGIS as a Programme component on the basis of the outcome of the aforementioned study (ECPGR, 2006).

Genetic Diversity Analysis of Date Palm (Phoenix dactylifera L.) Cultivars from Morocco Using SSR Markers

Abstract In Morocco, date palm is the most important arboricultural crop and little is known about its germplasm. Thus, this work aimed at analyzing genetic diversity among 200 date palms sampled from three oases (Figuig, Tata and Zagora) of Morocco using microsatellite markers. Among these palms, 191 were females, belonging to 26 cultivars, and 9 were males. Eighteen primers were used for the analysis of their genetic diversity. Only 15 primers amplified successfully all the samples. The total number of alleles was 116 and the percentage of polymorphic loci was high and ranged between 60 and 100% with an average of 93.33%. The genetic similarity values ranged from 0.146 to 0.745. The molecular variance analysis showed 64% of variability among cultivars. The obtained dendrogram showed three groups and generally, a good structuring of cultivars. However, we noticed one case of homonymy among cultivars. In fact “Tadmant” cultivar of Figuig was different from “Tadmant” of Tata and Zagora. Males were clustered in two main subgroups.

Development of SSR Markers for the Genus Patellifolia (Chenopodiaceae)

Premise of the study: Microsatellite primers were developed to promote studies on the patterns of genetic diversity within Patellifolia patellaris (Chenopodiaceae) and the relationship between the three species of the genus Patellifolia. Methods and Results: The genomic sequence from P. procumbens was screened for simple sequence repeats (SSRs), and 3648 SSRs were identified. A subset of 53 SSR markers was validated, of which 25 proved to be polymorphic in the three species except for the P. webbiana–specific marker JKIPat16. The number of alleles ranged from 85 in P. patellaris, 187 in P. procumbens, and 202 in P. webbiana. Conclusions: The set of 25 new markers will facilitate studies of the relationships between the three Patellifolia species and of the spatial and temporal distribution of genetic diversity within the species.

Genetic reserve conservation of European crop wild relative and landrace diversity

Review(s) of: Agrobiodiversity conservation. Securing the diversity of crop wild relatives and landraces, Edited by Maxted N, Dulloo ME, Ford-Lloyd B, Frese L, Julius Kuhn-Institut, Germany; Iriondo J, Universidad Rey Juan Carlos, Spain, and Pinheiro de Cavalho, MAA. CAB International, December 2011, Hardback, 392 pps, ISBN 9781845938512, Prices: 95.00 pounds / US

Genetic diversity and differentiation in Patellifolia (Amaranthaceae) in the Macaronesian archipelagos and the Iberian Peninsula and implications for genetic conservation programmes

180.00 / 125.00.

Genetic and Genomic Tools to Asssist Sugar Beet Improvement: The Value of the Crop Wild Relatives

This is the first comprehensive investigation of the patterns of genetic diversity of Patellifolia species. The main objective of our research work is to determine Most Appropriate crop Wild relative Populations (MAWP) suited to conserve in situ wild relatives of the sugar beet. Individual plant samples of P. patellaris were collected at 26 and of P. procumbens/P. webbiana at seven sites and analysed with 24 and 22 microsatellite markers, respectively. On average 15 alleles per locus were found within the set of 581 P. patellaris and an average of 12 alleles per locus in the set of 172 P. procumbens/P. webbiana individuals. The factorial analysis showed diversity patterns which agree well with the geographic origin of the samples. The genetic data suggest that P. patellaris reproduces mainly by self-fertilisation while P. procumbens/P. webbiana have the signature of out-breeders. The measure Δ was used to calculate the genetic distance of each occurrence to the pooled remaining occurrences, the complement. Occurrences with either the lowest or the highest genetic distance to the complement are particularly suited to conserve the genetic diversity of the species. Eight occurrences of P. patellaris, two of P. procumbens and one for P. webbiana were determined according to this scheme, proposed as MAWP and recommended for the establishment of genetic reserves.

Entwicklung einer Strategie für die In-situ-Erhaltungwildlebender Verwandter von Kulturpflanzen (WVK)

Sugar beet (Beta vulgaris L. ssp. vulgaris) is one of the most important European crops for both food and sugar production. Crop improvement has been developed to enhance productivity, sugar content or other breeders desirable traits. The introgression of traits from Crop Wild Relatives (CWR) has been done essentially for lessening biotic stresses constraints, namely using Beta and Patellifolia species which exhibit disease resistance characteristics. Several studies have addressed crop-to-wild gene flow, yet, for breeding programs genetic variability associated with agronomically important traits remains unexplored regarding abiotic factors. To accomplish such association from phenotype-to-genotype, screening for wild relatives occurring in habitats where selective pressures are in play (i.e., populations in salt marshes for salinity tolerance; populations subjected to pathogen attacks and likely evolved resistance to pathogens) are the most appropriate streamline to identify causal genetic information. By selecting sugar beet CWR species based on genomic tools, rather than random variations, is a promising but still seldom explored route toward the development of improved crops. In this perspective, a viable streamline for sugar beet improvement is proposed through the use of different genomic tools by recurring to sugar beet CWRs and focusing on agronomic traits associated with abiotic stress tolerance. Overall, identification of genomic and epigenomic landscapes associated to adaptive ecotypes, along with the cytogenetic and habitat characterization of sugar beet CWR, will enable to identify potential hotspots for agrobiodiversity of sugar beet crop improvement toward abiotic stress tolerance.

Identifizierung, Aufbau und Ausbau genetischer Schutzgebiete für wildlebende Verwandte unserer Kulturarten (WVK)

Auf dem Weizenmarkt sind Schwankungen des Qualitats- merkmals „Proteingehalt“ fur Marktakteure eine grose Herausforderung, da vom Handel und nachgelagerten Bereichen eine gleichbleibend e Qualitat verlangt wird. Als bestimmende Faktoren fur die Variabilitat des Protein- gehalts gelten auch meteorologische Faktoren, weshalb dem Verstandnis ihrer Wirkungsweise eine grose Bedeu- tung zukommt. In diesem Beitrag wird daher der Einfluss der Wetterparameter „Temperatur“, „Niederschlag“ und „Sonnenscheindauer“ auf den Proteingehalt des Weizens untersucht und ein Vorernte-Vorhersagemodell fur den Proteingehalt von Weizen im Nordosten Deutschlands entwickelt. Dazu wird ein Random Intercept Modell auf Basis von Wetterinformatione n von 16 Wetterstationen des Bundeslandes Mecklenburg-Vorpommern und dazu- gehorigen Mittelwerten von Proteindaten aus 148.800 Weizenproben aus den Jahren 2004 bis 2015, die von umliegenden Landwirten an den Landhandler geliefert wurden, geschatzt. Das marginale R² betragt 0,523 und das konditionale R² liegt bei 0,540. Folglich konnen 52,3% der jahrlichen Varianz im Proteingehalt durch die im Modell enthaltenen Variablen erklart werden. Die Tem- peratur im Juni hat den hoch sten, positiven Einfluss auf den Proteingehalt des Weizens. Die Wirkung der Nieder- schlage ist negativ. Die So nnenscheindauer hat einen statistisch signifikanten Einf luss auf die Proteinbildung. Allerdings kann keine einheitl iche Wirkungsrichtung der Sonnenscheindauer uber alle Fruhjahrsmonate ermittelt werden.Die auf Rubus vorkommenden pathogenen Arten von Ascochyta werden kurz nomenklatorisch behandelt und Ascochyta rubi Sacc. neu benannt.Der Anbau von nicht winterharten Zwischenfruchten mit Resistenz gegenuber dem Rubenzystennematoden erfolgt bundesweit auf etwa der Halfte der nachstjahrigen Zucker- rubenfelder. Die vorliegende Studie zielte darauf ab, (i) den Einfluss der Witterungsbe dingungen im Zeitraum des Zwischenfruchtanbaus auf das Wachstum von Weisem Senf ( Sinapis alba ) und einer Artenmischung aus 7 legu- men und nicht-legumen Pflanzenarten zu analysieren. Daruber hinaus sollte die Wirkung dieser Zwischenfruchte auf (ii) die Wasserverfugbarkeit fur die Folgefrucht Zucker- rube und (iii) das N-Auswaschungsrisiko uber Winter im Vergleich zu einer Variante Strohmulch unter den Boden-, Klima- und Anbaubedingungen Norddeutschlands erfasst werden. Dazu wurden Feldversuche in 15 Umwelten durchgefuhrt (2012/13–2014/15, 5 Standorte pro Jahr). In einer Korrelationsanalyse erwiesen sich die mittlere tagliche Niederschlagsmenge nach Aussaat der Zwischen- frucht bis Ende September und die Lufttemperatur um die Monatsmitte des Septembers als masgebliche Ein- flussgrosen auf die oberirdische Biomassebildung der Zwischenfruchte bis Anfang November. Diese beiden Parameter erklarten bis zu 70% der Varianz der Zwi- schenfrucht-Biomasse. Parameter, die den Aussaattermin bzw. die Lange der Vegetationszeit der Zwischenfruchte unmittelbar beinhalteten, fanden keinen Eingang in die abgeleitete multiple Regression. Im Mittel senkte der Zwischenfruchtanbau den Bodenwassergehalt vor und nach Winter nicht gegenuber Strohmulch, wenngleich er vor Winter in 7 Umwelten nach Strohmulch signifikant hoher lag als nach Zwischenfrucht. Nach Winter traten in keiner Umwelt mehr Unterschiede auf. Somit war der Bodenvorrat von Wasser fur die nachfolgenden Zucker- ruben durch den Anbau von im Spatherbst gemulchten Zwischenfruchten gegenuber Strohmulch nicht verringert. Sowohl der Senf als auch die Artenmischung senkten den Boden-N min -Gehalt vor Winter deutlich ab. Damit ist zunachst von einem geringer en Risiko der Nitratauswa- schung wahrend der Wintermonate auszugehen. Den- noch kann bei einem fruhen Hackseltermin sowie milder und nasser Winterwitterung eine N-Mineralisation statt- finden, die das Auswaschungsrisiko erheblich steigert. In eine Gesamtbewertung des Zwischenfruchtanbaus in derzeit praxisublicher Form mussen weitere Aspekte wie Nematodenkontrolle, Lachgasfreisetzung, Humusge- halt, Bodenstruktur, Erosionsschutz und Biodiversitat einbezogen werden.Otto A PPEL (1867–1952) war ein leidenschaftlicher Phyto- mediziner, der sich in jung en Jahren als Wissenschaftler und spater als Organisator des Pflanzenschutzdienstes in Deutschland besondere Verdienste erwarb. Anlasslich seines 150. Geburtstages soll hier an seine wissenschaft- lichen Leistungen erinnert werden. Otto A PPEL war in vie- lerlei Hinsicht seiner Zeit voraus und hat mit wissen- schaftlichen Methoden Losungen fur einige der dran- gendsten phytopathologischen Probleme der Landwirt- schaft erarbeitet, die bis heute Gultigkeit haben. Nach dem Studium der Pharmazie und Botanik sowie kurz- fristigen Forschungsaufentha lten in mikrobiologischen Arbeitsgruppen in Wurzburg und Konigsberg kam Otto A PPEL am 1. Juni 1899 an die Biologische Abteilung fur Land- und Forstwirtschaft des Kaiserlichen Gesundheits- amtes in Berlin. Sein Hauptaugenmerk galt der Gesund- heit von Kartoffeln und Getreide, den fur die Ernahrung der Bevolkerung bedeutendsten Kulturen. Insgesamt war sein Arbeitsspektrum aber wesentlich breiter. Otto A PPEL entwickelte Verfahren zur gesunden Lagerung von Kar- toffeln sowie zur Saatgutbehandlung von Getreide. Er beschrieb zahlreiche Schaderreger und uberarbeitete die Gruppe der Fusarien von Grund auf neu. Intensiv unter- suchte Otto A PPEL die Biologie der verschiedenen Schad- erreger, um Ansatzpunkte fur ihre Bekampfung zu ent- wickeln. Die von Otto A PPEL etablierten Pflanzenschutz- verfahren haben die landwirt schaftliche Praxis nachhal- tig gepragt und zu einer deutlichen Verbesserung der Nahrungsmittelsicherheit un d -qualitat in Deutschland und weit daruber hinaus gefuhrt.Die Einschleppung neuer Schadorganismen stellt ein hohes Risiko fur den Kultur pflanzenbau dar. Der Import von frischen Weintrauben zum Verzehr (Tafeltrauben) in die Mitgliedsstaaten der Europaischen Union unterliegt keinen Regelungen der Pflanzenquarantane-Richtlinie 2000/29/EC. Zur Einschatzung des Risikos durch diesen Einschleppungsweg wurde eine Fruhwarnliste von Schad- organismen die bisher nicht in Europa vorkommen und die mit Tafeltrauben verschleppt werden konnen erstellt. Dieser Artikel stellt die Methodik zur Erstellung und die wesentlichen Ergebnisse zusammenfassend dar. Weltweit wurden 1040 Organismen identifiziert, die einen Bezug zu Vitis besitzen. 126 Organismen davon konnen poten- tiell mit Tafeltrauben in die Europaische Gemeinschaft verschleppt werden. 30 dieser Organismen wurden auf- grund ihres hohen Ubertragungsrisikos auf heimische Kulturpflanzen und ihrer hohen okonomischen Relevanz in ihrem derzeitigen Verbreitungsgebiet in die Fruhwarn- liste aufgenommen. Die Organismen werden kurz vorge- stellt und mogliche Masnahmen zur Risikominimierung werden diskutiert.

Dokumentation der innerartlichen Vielfalt von Kulturarten – Informationssysteme für pflanzengenetische Ressourcen

Mit Kultur- und Nutzpflanzenarten verwandte Wildarten sind ungeachtet ihres grosen Potenzials als Quellen neuartiger genetischer Variation fur die Pflanzenzuchtung nicht ausreichend geschutzt. Zur Verbesserung ihres langfristigen Schutzes fordern sowohl internationale als auch nationale Biodiversitatsstrategien die Umsetzung einer In-situ-Erhaltungsstrategie, insbesondere fur jene Arten, die fur den Menschen von unmittelbarer Bedeutung sind. Zur Operationalisierung dieser Strategie wurde im Rahmen des vom Julius Kuhn-Institut koordinierten AEGRO-Projektes die Konzeption des genetischen Schutzgebietes erprobt. Fur vier Kulturpflanzengattungen (Avena, Beta/Patellifolia, Brassica, Prunus) wurde das Konzept bis zur Anwendungsreife weiterentwickelt. Nur vier Entscheidungsschritte sind notwendig, um aus einer Vielzahl in Europa verbreiteter Arten jene Vorkommen auszuwahlen, fur die der Ausbau eines genetischen Schutzareals erforderlich ist. Zur Unterstutzung dieser Vier-Schritte-Methode wurden das Informationssystem „Population Level Information System“ (PLIS) und zur Dokumentation der Ergebnisse des Auswahlverfahrens das Informationssystem „Genetic Reserve Information System (GenResIS) entwickelt. In GenResIS sind detaillierte okogeographische Informationen zu 52 genetischen Schutzgebieten und den darin vorkommenden Arten zu finden. Diese Schutzgebiete dienen nicht nur zur Bewahrung oder Wiederherstellung eines guten Erhaltungszustandes von Pflanzenarten in ihrem naturlichen Lebensraum, sondern auch der Erhaltung von Genen fur die Pflanzenzuchtung, wie exemplarisch am Beispiel von Beta vulgaris subsp. maritima als Quelle der Resistenz gegen das Beet Necrotic Yellow Vein Virus (BNYVV) erlautert wird. Stichworter: Genetische Ressourcen, In-situ-Erhaltungsstrategie, genetische Schutzgebiete, Wildarten Identification, establishment and development of genetic reserves for crop wild relatives (CWR) Abstract Despite their great potential as sources of novel genetic variation for plant breeding crop wild relatives are not protected sufficiently. International as well as national biodiversity strategies call therefore the implementation of the in situ conservation strategy, in particular for those species of immediate relevance to mankind. The genetic reserve concept was tested in the context of the AEGRO project, coordinated by the Julius Kuhn-Institut, to operationalise the in situ conservation strategy and to develop the concept for the genera Avena, Beta/Patellifolia, Brassica, Prunus to the point that it can be put into use. Only four decision steps are required to determine those occurrences among the multitude of species distributed in Europe for which the establishment of a genetic reserve is essential. The information system “Population Level Information System” (PLIS) was developed to support the four step methodology; the “Genetic Reserve Information System” (GenResIS) was established to document the results of the selection procedure. GenResIS provides detailed ecogeographic information on 52 genetic reserves as well as on species occurring within these areas. The reserves do not only serve the protection or recovery of species in their natural habitat. They also serve the maintenance of genes for plant breeding as explained using Beta vulgaris subsp. maritima, the source of resistance against the Beet Necrotic Yellow Vein Virus (BNYVV), as an example. Keywords: Genetic resources, in situ conservation strategy, genetic reserve, wild species

Development and application of molecular and bioinformatic tools for the genetic monitoring of wild beets

Die biologische Vielfalt in der Agrarlandschaft wird gepragt von der Vielfalt von Kulturarten im Anbau und von der Vielfalt innerhalb der angebauten Kulturarten (Genotypen- oder Sortenvielfalt). Zur Sicherstellung letzterer wurden mehrere Millionen Muster verschiedener Kulturarten und ihrer wildlebenden Verwandten in Genbanken eingelagert. Moderne Informationstechnik hilft, diese Vielfalt effizient zu erschliesen und nutzbar zu machen. Im Europaischen Kooperationsprogramm fur pflanzengentische Ressourcen (ECPGR) werden fur fruchtartspezifische Arbeitsgruppen zentrale fruchtartspezifischen Datenbanken betrieben. Das Institut fur Zuchtungsforschung an landwirtschaftlichen Kulturen betreut die Internationale Datenbank fur Beta und die Europaische Avena Datenbank. Als typische Anwendungsfalle fur die Arbeit an genetischen Ressourcen werden Implementierungen vorgestellt fur die verbundene Recherche von Herkunfts- (Passport-) und Merkmalsdaten, fur die geographische Verortung von Vorkommen und Merkmalen, fur das Management von Feldversuchen zur Charakterisierung und Evaluierung genetischer Ressourcen und fur die Fotodokumentation. Stichworter: Sortenvielfalt, Genbankmuster, fruchtartspezifische Datenbanken, Merkmalsdaten, geographische Verortung, Feldversuchsmanagement. Documentation of intra-specific diversity in crops – information systems for plant genetic resources Summary The biological diversity in agricultural areas is formed by the diversity of crops and the diversity within crops (diversity of genotypes or cultivars). To conserve the diversity within crops several millions of samples of crop species and their wild relatives have been stored in genebanks. Modern information technology helps to make this diversity accessible and get it into use. In the European Cooperative Programme for Plant Genetic Resources (ECPGR) central crop databases are provided to crop specific working groups. The Institute for Breeding Research on Agricultural Crops manages the International Database for Beta (IDBB) and the European Avena Database (EADB). As typical use cases for the work in genetic resources following implementations are shown: combined research for origin (passport) and trait data (characterisation and evaluation); geographic localisation of occurrences and traits; management of field experiments for characterisation and evaluation of crop genetic resources; documentation of images. Keywords: Cultivar diversity, genebank accessions, European central crop databases, trait data, geographic localisation, management of field experiments.