key: cord-0033885-0vvp00ex authors: Fischer, Hans Eberhard; Fürste, Klaus title: Die Hypokotylfarbe als Markierungsfaktor von Genomstufen der Zuckerrübe date: 1964-01-01 journal: Zuchter DOI: 10.1007/bf00712098 sha: 6ba417f76aee07012cb2d85fc2c2d52574118d5b doc_id: 33885 cord_uid: 0vvp00ex In zunehmendem Maße werden anisoploideBeta-Rübensorten angebaut, deren zytologische Kontrolle zwecks Feststellung der Genomstufenprozentanteile recht arbeitszeitaufwendig ist. Übereinstimmend mit polnischen Autoren wurde festgestellt, daß die Hypokotylfarbe ein geeigneter Markierungsfaktor für die einzelnen Genomstufen darstellt. Kreuzt man tetraploide Pflanzen, die ein grünes Hypokotyl besitzen, mit diploiden Pflanzen, die ein rosa Hypokotyl aufweisen, so erhält man von dem tetraploiden Partner tetraploide “grüne” und triploide “hellbraune”, von dem diploiden Partner diploide “rosa” und triploide “hellbraune” Nachkommenschaften. Die in bezug auf die Hypokotylfarbe heterozygoten Pflanzen kann man demnach von den homozygot “grünen” und homozygot “rosa” Individuen unterscheiden. Die Kreuzung diploid grünxtetraploid rosa ist für diese Zwecke nicht brauchbar, da sich die triploiden Heterozygoten mit einem “grünen” und zwei “rosa” Allelen in der Hypokotylfarbe nicht deutlich von den homozygoten “rosa” Pflanzen abheben. Auf die Bedeutung dieser Markierungsmöglichkeit für bestimmte Forschungsprobleme, die Züchtung und die Saatgutkontrolle wird hingewiesen. Mit zunehmender Ausweitung des Anbaues anisoploider Beta-Raben ist ein kontinuierlich ansteigender Arbeitszeitaufwand zur zytologischen Kontrolle yon Zuchtmaterial und Saatgut notwendig. Diese Kontrolle erfolgt in der Hauptsache durch Chromosomen-z~thlungen (HuTIN 1962 , NEEB 1962 , RADERSMA 1962 . Andere Methoden, wie die Trabantenchromozentrenund die Plastiden-Methode (REITBERGER t956, GRAF t958, 1959, BUTTERFASS 1958, t961 ) sind mit Nachteilen sowie Schwierigkeiten verbunden und konnten sich nicht allgemein durchsetzen (vgl. FISCHER, SCHNEIDER und ENDERLEIN 1963 ). Es w~ire eine wesentliche Erleichterung, wenn man zur Genomstufenanalyse makroskopisch sichtbare Merkmale verwenden k6nnte. Bisher zeigte sich jedoch, dab die Variabilit~it morphologischer Merkmale, wie z. B. die des L~ingen-Breiten-Indexes der Bl~itter, recht groB ist und keine Trennung der einzelnen Pflanzen nach ihrer Genomstufe erlaubt. Eine weitere M6glichkeit, die Genomstufe zu identifizieren, besteht in der Verwendung yon Markierungsgenen, besonders solchen, die auf Grund inter-medi~ren Erbganges des betreffenden Merkmals auch heterozygote Pflanzen erkennen lassen. Wenn man den einen Faktor eines entsprechenden Faktorenpaares auf eine tetraploide Population fibertr~igt, den anderen auf eine diploide, so werden bei Kreuzung beider Populationen Nachkommen erzielt, deren Genomstufenzusammensetzung nnmittelbar festzustellen ist. Um die Pflanzen innerhalb eilier Population frfihzeitig nach ihren Genomstufen trennen zu k6nnen, muB es sich urn Merkmale handeln, die bereits am Keimling auftreten. Hierfiir ist die Hypokotylfarbe geeignet. Nach DUDOK VAN HEEI~ (1931) sowie FILUTOWlCZ und SZOTA (1961) bestimmt bei der Zuckerriibe ein Faktorenpaar die Hypokotylfarbe, das yon den letztgenannten Autoren mit R-r symbolisiert wird. R ist flit die Bildung yon roten Farbstoffen aus der Gruppe der Betanine verantwortlich. L~Bt man tetraploide Populationen mit grtinem Hypokotyl und diploide mit homozygot rosa Hypokotyl nntereinander abbltihen, so finden sich neben tetraploiden ,,grtinen" und diploiden ,,rosa" Pflanzen, die durch Befruchtungen innerhalb der entsprechenden Population entstanden sind, triploide PfIanzen, deren Hypokotyl weniger stark bzw. etwas anders gef~irbt ist als das der diploiden. Die heterozygoten Pflanzen besitzen derhnach offenbar weniger Betanine im Hypokotyl als die diploiden homozygoten ,,rosa" Pflanzen. Sic weisen eine Hypokotylfarbe auf, die Hellbraun oder Beige n~iher steht als Heltrosa. Tetraploide ,,grfine" Pflanzen werden mit rrrr, diploide homozygote ,,rosa" Pflanzen mit RR und triploide Bastarde mit Rrr symbolisiert. Da im Rahmen der vorliegenden Arbeit keine genetischen Analysen beabsichtigt waren, mug die Frage often bleiben, ob es sich bei den betreffenden Faktoren um das Allel R oder um ein anderes Allel handelt. (Nach FILUTOWlCZ und SZOTA liegt multiple Allelie vor,) Die Unterscheidung der bei reziproker Kreuzung (RRRR • rr) entstehenden RRr-Pflanzen yon RRRR-Individuen bereitet Schwierigkeiten, da RRr-Typen den in bezug auf den Farbfaktor homozygoten Pflanzentypen farbm~il3ig recht ghnlich sind. Man kann daher eine Kreuzung yon rr-mit RRRR-Rtiben ftir den genannten Zweck nicht empfehlen, zumal es relativ schwierig ist, RRRR-Populationen zu linden und unter Kontrolle zu halten. Brauchbare Ergebnisse konnten nur erzielt werden, wenn rrrr-mit RR-Pflanzen gekreuzt wurden, so dab wit uns ant die Wiedergabe dieser Ergebnisse beschr~nken. Die Untersuchungen erstreckten sich fiber die Jahre 196o, 1961 und 1962. Es wurden di-und tetraploide Pfianzen verwendet, yon denen auf Grund yon Beobachtungen an den Vorgenerationen anzunehmen war, dab sie in bezug auf den Farbfaktor homozygot sin& Im Jahre 196o bliihten je vier real zwei Pflanzengruppen (Parzellen i bis 4) r~umlich voneinander isoliert ab. Versuchsanordnung und Ergebnisse sind in Tabelle i wiedergegeben. Zuu~ichst wurde lediglich das vom tetraploiden ,,griinen" Elter geerntete Saatgut untersucht. Wie aus Tabelle 1 zu el2tnehmen ist, waren an Hand der Hypokotylfarbe die Pflauzeu eindeutig als trioder tetraploid zu erkennen. Die auf Grund der Farbe vorhergesagte Geuomstufe lieB sich dutch die zytologischen Untersuchungen best~itigen. Abweichungen warden nicht beobachtet. Die geringe Anzahl yon tetraploiden ,,grtinen" Pflanzen in den Parzellen 3 und 4 zeigt dariiber hinaus, dab der haploide Pollen der diploiden RR-Pflanzen stark bevorzugt worden ist. Bei den Parzellen 1 und 2 waren auf Gruud des starkeu Uberwiegens der haploiden Pollenk6rner und der fehlenden M6glichkeit einer Kreuzbest~iubung zwischen zwei tetraploiden Pflanzen ohnehin kaum tetraploide Nachkommen zu erwarten. Von den ersten drei Parzellen wurden alle aufgelaufenen Rt~ben des ausgelegten Saatgutes des tetraploiden E1ters zytologisch untersucht; die angegebeuen Zahleu in der Tabelle, Parzelle 1 bis 3, entsprechen also den festgestellten und spiegeln mithiu das beobachtete Verh~iltnis vou Rrr-: rrrr-Pflanzen riehtig wider. Ffir Parzelle 4 spiegeln dagegen die angegebenen Zahlen (45 und 2) nicht die tats~ichlich aufgelaufenen Pflanzen fiir beide Hypokotyltypen wider. Die zwei ,,grtinen" Pflanzen befanden sich unter etwa 400 ,,hellbraunen", von denen aus Zeitgrilnden nur eine Stichprobe mit 45 Individuen zytologisch untersucht wurde. Da im Jahre ~96o noch nicht vermutet wurde, dab sich RR-und Rrr-Pflanzen nach der Hypokotylfarbe unterscheiden lassen, wurde der Nachkommenschaft des diploiden Partners zuniichst keine Aufmerksamkeit geschenkt. Lediglich yon Parzelle 1 wurde eine kleiue Menge Saatgut des diploiden Elters ausgelegt und untersucht. Unter 64 zytologisch bestimmten Pflanzen befanden sich nur drei triploide, alle anderen waren diploid, mithin dutch Befruchtung der diploiddu Pflanzeu untereinander oder dutch Selbstbe- Im Jahre 1961 wurden die Kreuzungen wiederholt. In einer gr6t3eren Parzelle bltihten 36 rrrr-Pflanzen und 12 RR-Pflanzen gemeinsam ab. Die Ernte erfolgte getrennt nach beiden Elternpopulationen verschiedener Genomstufe. Von einer Saatgutprobe des tetraploiden ,,griinen" Partners waren 324 ,,grtine" und 131 ,,hellbraune" Pflanzen aufgelaufen, von der des diploiden ,,rosa" Partners 523 ,,rosa" und lO5 ,,hellbraune". Ein Teil der Pflanzen wurde zytologisch untersucht. Gleichzeitig kamen tetraploide rrrr-Pflanzen zur zytologischen Prtifung, die in der parallel angelegten Kontrollparzelle geerntet worden waren. Die Pflanzen des der diptoiden RR-Kontrollparzelle entstammenden Saatgutes, welche die erwartete Hypokotylfarbe besagen, wurden aus Zeitgriinden zytologiseh nieht untersucht. Die zytologischen Ergebnisse an Pflanzen der Kreuzungsparzelle sowie der tetraploiden Kontrollparzelle sind Tabelle 2 zu entnehmen. Dieselbe Tabelle weist auBerdem Werte yon Pflanzen aus zwei kleineren Parzellen auf, die teilweise wenig Saatgut und nicht ganz so befriedigende Ergebnisse brachten. Wie aus Tabelle 2 ersichtlich ist, wurden in der Nachkommensehaft der Parzelle 1 unter 431 Pflanzen nur zwei falsch eingestuft, in der der Parzellen 2 und 3 zusammen unter 237 aber 16. W~ihrend es sich in einigen F~tllen, z. B. bei der Fehlbestimmung des vom diploiden Partner geernteten Saatgutes der Parzelle 3, um echte Fehldiagnosen der Hypokotylfarbe handelt (z. B. h~ttten als ,,rosa" bezeichnete Pflanzen in die Gruppe ,,hellbraun" eingestuft werden mt~ssen), sind andere unerwartete Ergebnisse schwieriger zu erkl~en. So ist bei der in Parzelle 3 gefundenen diploiden ,,grtinen" Pflanze eine parthenogenetische Entwicklung der Eizelle zu vermuten. Falsche Ergebnisse k6nnen aueh dutch anfliegenden unerwiinschten Bliitenstaub oder ~hnliche unkontrollierbare Einfliisse verursacht werden. Bemerkenswert ist, dab die Anzahl von Fehleinstufungen infolge undeutlicher Farbauspr/igung oder unerwarteter Ausnahmen bei der yore tetraploiden Partner geernteten Nachkommenschaft in der gleichen Gr6Benordnung liegt wie bei der des diploiden Partners (9 unter 351 bzw. 9 unter 327). Zu erwarten ist, dab die Nachkommen des diploiden Elters schwieriger einzustufen sind. Allerdings diirfte die Anzahl der durchgeftihrten Versuche f/Jr eine derartige verallgemeinernde Aussage noch zu gering sein. Fiir das vorliegende Ergebnis waren besonders die sieben Abweichungen in der Nachkommenschaft des tetraploiden ,,griinen" Elters yon Parzelle z ausschlaggebend. Weitere Untersuchungen werden fiber die tats~tchlich bestehenden Irrtumsm6glichkeiten nnd -wahrscheinlichkeiten Auskunft geben k6nnen. Die Nachkommenschaft der tetraploiden Kontroltparzelle h/itte theoretisch nur aus tetraploiden ,,griinen" Pflanzen bestehen diirfen. Tats/ichlich wurden jedoch, wie aus Tabelle 2 zu ersehen ist, unter 155 Pflanzen aueh neun ,,laellbraune" gefunden, yon denen sich vier als triploid und fiinf als tetraploid erwiesen. Sie diirften aus Befruchtungen durch Pollen anderer Parzellen entstanden sein. Zur n/iheren Charakterisierung der Hypokotylfarbe von Zuckerriiben sei folgendes erg~nzend angefiihrt: Nach dem Pflanzenfarben-Atlas von BIESALSKI (1957) Bei Schosserriiben ist die ,,JKratzprobe" ebenfalls durchfiihrbar. Oft zeigt sich, dab man nut auf einer Seite der Rfibe an einer schmalen Stelle einen Betaninrest findet. Darfiber hinaus kann man auch an der Stammachse des Samentr~igers Betaninreste feststellen, besonders an der verdickten Abzweigstelle der Nebentriebe erster Ordnung. Die Tatsache, dab offenbar manehe Riiben im IZeimlingsstadium Betalline zeigen, sp~iter abet nut noch all bestimmtell Stellen oder keine Betanine mehr besitzen, weist darauf hin, datl auch Umweltfaktoren, besonders das Licht, den Auspr~igungsgrad dieses Merkmals mitbestimmen. SchlieBlich sei noch erw~ihnt, dab die Farben der Hypokotyle unterschiedlich bezeichnet werden. Gelegentlich einer Ermittlung der Anteile einzelner Hypokotylfarben bei Zuckerriiben verschiedener Sorten nennt CSAPODu (1962) die Farbt6ne grtinlichweig, hellrosa und rosafarbig. ECCEBREC~tT (1949) bildet diese drei Farbtypen auI Farbtafel VII ab. Die wiedergegebenen Farben entsprechen etwa den bei Schattenpflanzen beobachteten. In der Unterschrift werden aber nut die Farben,,griinlichweiB" und,,schwach rosa" genannt. Die Farbbezeichnung ,,rosa" wird dem Farbton heterozygoter Individuen der Allelzusammensetzung Rrr im allgemeinen nicht gerecht. Polnische Autoren haben wiederholt auf die Bedeutung der Hypokotylfarbe als Markierungsfaktor ft~r die Genomstufen hingewiesen (SzOTA 1961 , FILU-TOWlCZ und SZOTA 1961, FILUTOWlCZ 1962 ). Ihre Ergebnisse stimmen mit K1Mnwanzlebener Befunden t~berein, dab man die Hypokotylfarbe zum Erkennen der Genomstufe verwenden kann, dab aber lediglich die Kreuzung rrrr • RR den angestrebten Erfolg verspricht. Wichtig ist die Feststellung der genannten Autoren, da/3 mit der Hypokotylfarbe bestimmte Leistungseigenschaften verbunden sein sollen. W~ihrend NuI{-I