Potentials and limits of genomics-assisted wheat breeding

Abstract

Der Weizenertrag muss verdoppelt werden, um 2050 9 Milliarden Menschen zu ernähren. Das Ziel dieser Arbeit war es, die Chancen und Grenzen von markergestützter und genomischer Selektion zur Steigerung des Ertrags, sowie für Resistenzen gegen Ährenfusariosen und Septoriatritici zu prüfen. Die Assoziationskartierung zusammen mit diversen Validierungen ergab, dass alle drei Merkmale komplexvererbt werden und dem infinitesimalen Modell entsprechen. Diese genetische Architektur limitiert den Nutzen der markergestützter Selektion. Die genomische Selektion ermöglicht dagegen die präzise Vorhersage der drei Merkmale. Der Vergleich diverser genomischer Selektionsmodelle zeigt, dass Epistasie substanziell zur phänotypischen Variation beiträgt. Die Verwandtschaft war die treibende Kraft der Vorhersagegenauigkeit der genomischen Selektion. Das Verlässlichkeitskriterium erleichtert die Nutzung der Verwandtschaft indem die Vorhersagegenauigkeit für einzelne Genotypen geschätzt wird.

Wheat yield needs to be doubled to feed 9 billion people by 2050. The goal of this thesis was to study the potential and limits of marker-assisted and genomic selection for enhancing yield, as well as resistances to Fusarium head blight and Septoriatritici blotch. The association mapping study in combination with different validation strategies revealed that all three traits were complex approximating the infinitesimal model. The complex genetic architecture limits the use of marker-assisted selection. In contrast, genomic selection allows predicting precisely all three examined traits. Contrasting different genomic selection models suggested that epistasis contributed to the phenotypic variation. Relatedness drives the prediction accuracy of genomic selection. Applying the reliability criterion facilitates to exploit relatedness very efficient by estimating the prediction accuracy of individual genotypes.