INCDA Fundulea

CEEX 2
Titlul proiectului: „Construirea unei noi baze genetice pentru cerealele viitorului” (CEREVIIT)

Domeniul S/T: Alimentaţie, sănătate şi bună stare: Îmbunătăţirea calităţii şi siguranţei, chimice şi microbiologice, a alimentelor.

Sursa de finanţare: Bugetul de Stat – Ministerul Educaţiei şi Cercetării,

Programul ”Cercetare de excelenta”

Autoritatea contractanta:

UNIVERSITATEA DE ŞTIINŢE AGRONOMICE ŞI MEDICINĂ VETERINARĂ BUCUREŞTI

Contractor: Institutul Naţional de Cercetare –Dezvoltare Agricolă - Fundulea

Categoria de proiect: Modulul 1- Proiecte de Cercetare – Dezvoltare Complexe, P–CD

Valoarea contractului: 1.500.000 lei

Durata contractului: 3 ani (oct. 2005 – sept. 2007)

Coordonator proiect: Institutul National de Cercetare – Dezvoltare Agricola – Fundulea,

str. N.Titulescu. nr. 1, 915200, Fundulea , tel. +40213154040, fax. +40242642044,

E-mail: saulescu@incda-fundulea.ro,

Director proiect: Dr. Ing. Nicolae N. SĂULESCU

Parteneri:

Partener 1: Universitatea de Stiinte Agronomice si Medicina Veterinara a Banatului –Timişoara, Calea Aradului, nr. 119, cod 1900, Timisoara, tel: +40-(0)256-494023, fax: +40- (0)256–200296,

Responsabil: Prof. Gabriel NEDLEA, e-mail: clasor_ro@yahoo.com

Partener 2: UNIVERSITATEA DE STIINTE AGRICOLE SI MEDICINA VETERINARA CLUJ-NAPOCA, str. Mănăştur nr. 3, cod 400372, tel: + 40 264596384, fax: 40 0264593792,

Responsabil: Prof. Constantin BOTEZ, e-mail: constantinbotez@yahoo.com

PREZENTAREA GENERALĂ A PROIECTULUI

Producerea cerealelor este de importanţă strategică pentru România, ca şi pentru Europa. Pregătirea acesteia pentru viitor este esenţială. În prezent, pentru producerea cerealelor, mai ales în Europa, se folosesc mari cantităţi de îngrăşăminte cu azot şi pesticide, iar recolta conţine adesea micotoxine şi reziduuri toxice. Pe de altă parte, producţia ecologică a cerealelor întâmpină mari probleme din cauza conţinutului scăzut de proteine în bob şi a bolilor care afectează calitatea şi producţia., Producerea în viitor a cerealelor, cu inputuri mai reduse sau în sistem ecologic, va avea nevoie de soiuri cu calitate mai bună şi mai diversificată, cu o mai bună rezistenţă la bolile care produc micotoxine sau necesită combatere chimică şi cu o mai bună adaptabilitate la schimbările climatice prognozate, iar aceasta se va putea obţine numai pe o nouă bază genetică.

Construirea unei noi baze genetice pentru cereale, prin introgresii străine şi diversificarea germoplasmei este, după părerea noastră, indispensabilă pentru o producţie durabilă şi sănătoasă de cereale, capabilă să satisfacă în viitor noile cerinţe ale consumatorilor. Aceasta necesită un efort internaţional, care trebuie însă sprijinit de eforturile naţionale de a construi germoplasmă nouă adaptată condiţiilor specifice. Este de aşteptat ca rezultatele acestor eforturi să fie utile atât pe plan naţional, cât şi internaţional.

Scopul proiectului este de a construi o nouă bază genetică pentru o producţie durabilă de cereale mai sănătoase şi de mai bună calitate în climatul semi-arid din Sud-estul Europei. Introducerea directă de germoplasmă din alte ţări la cerealele de toamnă nu a fost în cele mai multe cazuri încununată de succes, mai ales din cauza stresului termic şi hidric şi bolilor, specifice regiunii. Germoplasma adaptată actuală nu posedă multe din însuşirile necesare pentru producţia viitoare de cereale. Proiectul abordează trei principale obiective:

Diversificarea bazei genetice a calităţii de întrebuinţare la grâul comun, durum, triticale şi orz. Se pune accentul pe creşterea capacităţii de înmagazinare a azotului în bob, folosind variaţia intraspecifică şi introgresiile de la T. dicoccoides la grâul comun, durum şi triticale. În plus, se explorează diversificarea utilizărilor prin realizarea de progres genetic la orzul golaş.
Crearea unor noi perspective pentru producerea de cereale sănătoase prin îmbunătăţirea rezistenţei la boli. Lucrările se concentrează pe:
introducerea de noi gene şi piramidarea genelor de rezistenţă la Fusarium, la grâul comun, durum, orz şi triticale;
folosirea genelor disponibile în cadrul speciei şi introducerea de gene străine pentru rezistenţa la virusul piticirii galbene, la grâul comun, durum, orz şi triticale;
folosirea genelor de rezistenţă la mălura comună şi pitică la grâul comun;
introgresia de gene străine pentru rezistenţa la Septoria la grâul comun.
Îmbunătăţirea adaptabilităţii cerealelor la condiţiile climatice nefavorabile prin ameliorarea rezistenţei la stres hidric şi termic. Lucrările se concentrează pe îmbunătăţirea reglării osmotice prin introducerea unei gene deja descrise şi prin explorarea altor surse de gene posibile.

Rezultatele vor include potenţiale forme parentale într-un fond genetic modern şi adaptat, corespunzătoare celor trei obiective ale proiectului, pentru utilizare în ameliorarea cerealelor. Aceasta corespunde scopurilor ariei tematice 2.2 „Alimente, sănătate şi bunăstare”, prin faptul că va crea noi perspective pentru îmbunătăţirea calităţii şi sănătăţii alimentelor care se obţin pe bază de cereale.

Proiectul se bazează pe ipoteza ştiinţifică potrivit căreia diversificarea genetică a cerealelor, prin introgresii de la specii înrudite şi prin folosirea germoplasmei exotice, poate deschide noi perspective pentru producerea durabilă a unor alimente mai sănătoase şi de mai bună calitate. Principalele surse de gene care vor fi folosite direct sau indirect sunt:

T. dicoccoides, pentru creşterea conţinutului de proteine al boabelor de grâu comun, durum şi triticale, ca şi pentru ameliorarea unui grâu de tip “farro”;
Diferite provenienţe de Aegilops squarosa (T.tauschii) şi alte specii de Aegilops, mai ales pentru rezistenţă la Septoria, dar probabil şi pentru rezistenţa la stres la grâul comun;
Genomul de secară, în special prin încrucişări triticale x grâu, pentru rezistenţa la Septoria şi Tilletia la grâul comun;
Specii de Agropyron, pentru rezistenţa la virusul piticirii galbene la grâul comun, durum şi triticale;
Hordeum bulbosum, pentru rezistenţă la boli la orz;
germoplasmă exotică pentru rezistenţa la boli şi stres, ca şi pentru diversificarea calităţii la grâu şi orz.

Pentru realizarea acestor obiective se folosesc tehnici moderne adecvate, atât pentru obţinerea de hibrizi, cât şi pentru selecţie, ca de exemplu:

cultura de embrioni pentru hibridările îndepărtate care în mod obişnuit nu produc boabe;
cultura de ţesuturi şi folosirea mutantelor la locusul care controlează împerecherea cromozomilor, pentru a facilita transferul de gene între cromozomi neomologi;
metoda haploizilor dublaţi, folosind hibrizii “grâu x porumb” pentru grâu şi hibrizii cu H. bulbosum pentru orz, în scopul realizării homozigoţiei într-un timp mai scurt;
selecţia asistată de markeri, folosind markeri SSR pentru însuşirile pentru care asemenea markeri sunt deja cunoscuţi şi identificarea de noi markeri;
metode de infecţie artificială adecvate pentru fiecare din boli, incluzând metoda “frunzelor detaşate” pentru Septoria, injectarea de inocul în florile mediane pentru Fusarium, etc., în scopul selecţiei descendenţelor rezistente;
selecţia pentru reglare osmotică ridicată, pe baza expresiei genei corespunzătoare la grăunciorii de polen, etc.

În mod deliberat nu au fost incluse în proiect lucrări pentru modificare genetică, având în vedere percepţia publică actuală asupra OMG şi tendinţele cunoscute în cercetarea mondială asupra grâului.

Construirea unei noi baze genetice pentru cerealele viitorului, incluzând aspecte privind calitatea, securitatea şi adaptabilitatea la schimbările climatice, este o misiune complexă, care necesită o abordare multidisciplinară. Abordarea noastră este nouă prin aceea că:

Încearcă introgresia de gene utile noi care au fost în mare măsură neglijate în lume (de exemplu genele din genomul de secară) sau în Europa (de exemplu genele de la T. dicoccoides, gena pentru reglare osmotică ridicată etc.);
Introduce genele utile într-un fond genetic modern, adaptat zonelor cu climat semi-arid din Estul Europei. Aceasta va face mai uşoară sarcina de asamblare ulterioară a mai multor gene valoroase în viitoare soiuri, adaptate unor mari regiuni mari producătoare de cereale din Estul Europei şi potenţial utile şi pentru alte ţări, în perspectiva schimbărilor climatice.

REZULTATE:

Etapa 1

Au fost identificate genotipuri şi asamblate colecţii de genotipuri cu gene utile pentru ameliorarea calitãţii, rezistenţei la principalele boli şi a comportãrii în condiţii de stres, folosind bazele de date existente şi informaţii din literatura de specialitate. Colecţiile au fost semãnate în câmp pentru studiu. Au fost detaliate ipotezele şi planurile de lucru.

Au fost asamblate la grâu colecţii de surse de gene de rezistenţã la Septoria tritici, Fusarium graminearum, Tilletia sp. şi viroza piticirii galbene. La aceastã din urmã boalã au fost create colecţii de surse de rezistenţã şi la grâul durum şi triticale.

Pe baza conceptului care stã la baza soluţiei genetice pentru reducerea impactului secetei asupra producţiei elaborată în cadrul contractului prioritar de cercetare AGRAL 353 şi folosind informaţiile din baza de date a laboratorului de ameliorare, au fost inventariate genotipurile care posedã diferite însuşiri care favorizeazã comportarea în condiţii de stres hidric.

Etapa 2

Au fost realizaţi 269 hibrizi de grâu, 87 hibrizi de orz şi 5 hibrizi de triticale care combină gene favorabile pentru calitate; Au fost obţinute rezultate privind polimorfismul unor markeri moleculari în cadrul colecţiei de genitori pt. calitate, pentru identificarea prealabilă a unor markeri moleculari utili.

Au fost realizaţi 142 hibrizi de grâu, 64 hibrizi de orz şi 7 hibrizi de triticale pentru introgresia de gene de rezistenţă la boli; Au fost obţinute rezultate privind polimorfismul unor markeri moleculari în cadrul colecţiei de genitori pentru rezistenţă la boli pentru identificarea prealabilă a unor markeri moleculari utili.

Au fost realizaţi 79 hibrizi de grâu şi 31 hibrizi de orz care combină gene de rezistenţă la stres. Au fost obţinute primele rezultate pentru identificarea prealabilă a unor markeri.

Etapa 3

Au fost obţinute date privind spectrul electroforetic al proteinelor de rezervă şi prezenţa markerului molecular pentru gena HGPC la materialul biologic studiat pentru ameliorarea calităţii.

Au fost obţinute date privind rezistenţa la septorioză şi fuzarioză şi caracteristicile moleculare ale materialului biologic pentru ameliorarea rezistenţei la boli

Au fost obţinute date privind comportarea materialului biologic şi caracteristicile moleculare ale materialului pt. ameliorarea rezistenţei la stres.

Etapa 4

Au fost obţinuţi haploizi dublaţi şi au fost selectate linii de interes pentru ameliorarea calităţii pe baza determinărilor fenotipice şi prin utilizarea de markeri moleculari. Au fost obţinute 30 linii dublu haploide şi linii F3-F4, potenţial valoroase pentru utilizarea ca genitori pentru creşterea conţinutului de proteine în bob, printre care 16 linii au fost deja confirmate prin analize moleculare ca purtătoare ale genei Gpc-1, transferate de la Triticum diccocoides;
Au fost obţinuţi haploizi dublaţi şi au fost selectate linii de interes pentru ameliorarea rezistenţei la boli, pe baza observaţiilor fenotipice şi prin utilizarea de markeri moleculari. Au fost obţinute linii utile pentru utilizarea ca forme parentale în ameliorarea rezistenţei la principalele boli, printre care 9 linii dublu haploide de grâu şi 8 de triticale, purtătoare ale genei de rezistenţă la virusul piticirii galbene, transferate de la Thinopyrum intermedium, o linie dublu haploidă de orz purtătoare a genei Ryd2 de rezistenţă la acelaşi virus, 5 linii dublu haploide de grâu purtătoare ale genelor Bt11 şi Bt12 de rezistenţă la mălură, mai multe linii purtătoare ale unor gene de rezistenţă la septorioză şi fuzarioză etc.
Au fost obţinuţi haploizi dublaţi şi au fost selectate linii de interes pentru ameliorarea rezistenţei la stres, pe baza observaţiilor fenotipice şi prin utilizarea de markeri moleculari. Au fost obţinute linii potenţial utile ca forme parentale pentru rezistenţa la secetă la grâu şi pentru rezistenţa la iernare la orz şi la grâul durum.

Etapa 5

În cadrul Activităţii I, care vizează crearea de forme parentale noi pentru ameliorarea calităţii au fost identificate:

Descendenţe de grâu cu conţinut ridicat de proteine, care posedă gena Gpc-1 transferată de la Triticum dicoccoides în fond genetic de toamnă, mai adaptat condiţiilor din România;
Genotipuri de grâu care se abat pozitiv de la relaţia generală producţie ridicată-conţinut scăzut de proteine în bob;
Genotipuri de grâu cu însuşiri reologice (de comportare a aluatului la frământare) foarte favorabile pentru panificaţie;
Genotipuri de orz golaş cu însuşiri agronomice şi de calitate superioare.

În cadrul Activităţii II, care vizează crearea de forme parentale noi pentru ameliorarea rezistenţei la principalele boli la care soiurile actuale sunt insuficient de rezistente, au fost identificate:

Descendenţe de grâu cu rezistenţă la septorioză transferată de la Aegilops squarosa sau Thinopyrum intermedium într-un fond genetic adaptat condiţiilor noastre;
Descendenţe de grâu de toamnă cu rezistenţă la fuzarioza spicelor transferată de la soiul chinezesc de primăvară Sumai 3, sau cu alte gene de rezistenţă diferite, într-un tip agronomic superior;
Descendenţe de grâu cu diferite gene de rezistenţă la mălură şi tip agronomic îmbunătăţit;
Descendenţe de grâu cu rezistenţă la viroza piticirii galbene transferată de la Thinopyrum intermedium în fond genetic mai adaptat condiţiilor din România;
Descendenţe dublu haploide de orz cu rezistenţă îmbunătăţită la viroza piticirii galbene şi făinare;
Descendenţe de triticale cu rezistenţă la fuzarioza spicelor şi viroza piticirii galbene.

În cadrul Activităţii III, care vizează crearea de forme parentale noi pentru ameliorarea rezistenţei la stresul hidric şi termic au fost identificate:

Descendenţe dublu haploide de grâu care posedă gena or pentru reglare osmotică superioară în condiţii de secetă transferată în forme perfecţionate;

Descendenţe de grâu cu coleoptil lung, care favorizează răsărirea în condiţii nefavorabile şi vigoarea timpurie a plantulelor;

Descendenţe de grâu durum cu rezistenţă superioară la iernare, transferată de la grâul comun;

Descendenţe de orz cu comportare superioară la iernare şi secetă.

ETAPA 6

OBIECTIVELE ETAPEI

Pentru faza 6-a de execuţie a proiectului s-au prevăzut următoarele obiective:

Caracterizarea fenotipică şi cu ajutorul markerilor moleculari a descendenţelor selectate în fazele anterioare pentru ameliorarea calităţii;
Caracterizarea fenotipică şi cu ajutorul markerilor moleculari a descendenţelor selectate pentru rezistenţa la boli;
Caracterizarea fenotipică şi cu ajutorul markerilor moleculari a descendenţelor selectate în fazele anterioare pentru ameliorarea rezistenţei la stres.

REZULTATE

În faza a 6-a de execuţie a proiectului pe baza datelor acumulate privind comportarea descendenţelor dublu-haploide şi segregante selectate în fazele precedente au fost caracterizate formele ce pot fi recomandate ca genitori pentru crearea soiurilor viitoare, după cu urmează:

În cadrul Activităţii I, care vizează crearea de forme parentale noi pentru ameliorarea calităţii au fost caracterizate:

Forme parentale de grâu cu conţinut ridicat de proteine, care posedă gena Gpc-1 transferată de la Triticum dicoccoides în fond genetic de toamnă, mai adaptat condiţiilor din România;
Genotipuri de grâu care se abat pozitiv de la relaţia generală producţie ridicată-conţinut scăzut de proteine în bob;
Genotipuri de grâu cu însuşiri reologice (de comportare a aluatului la frământare) foarte favorabile pentru panificaţie;
Genotipuri de orz golaş cu însuşiri agronomice şi de calitate superioare şi genotipuri de orz cu însuşiri calitative deosebite.

În cadrul Activităţii II, care vizează crearea de forme parentale noi pentru ameliorarea rezistenţei la principalele boli la care soiurile actuale sunt insuficient de rezistente, au fost caracterizate:

Descendenţe de grâu cu rezistenţă la septorioză transferată de la Aegilops squarosa sau Thinopyrum intermedium într-un fond genetic adaptat condiţiilor din România;
Descendenţe de grâu de toamnă cu rezistenţă la fuzarioza spicelor transferată de la soiul chinezesc de primăvară Sumai 3, sau cu alte gene de rezistenţă diferite, într-un tip agronomic superior;
Descendenţe de grâu cu diferite gene de rezistenţă la mălură şi tip agronomic îmbunătăţit;
Descendenţe de grâu cu rezistenţă la viroza piticirii galbene transferată de la Thinopyrum intermedium în fond genetic mai adaptat condiţiilor din România;
Descendenţe dublu haploide de orz cu rezistenţă îmbunătăţită la viroza piticirii galbene şi făinare;
Descendenţe de triticale cu rezistenţă la viroza piticirii galbene şi fuzarioza spicelor.

În cadrul Activităţii III, care vizează crearea de forme parentale noi pentru ameliorarea rezistenţei la stresul hidric au fost caracterizate:

Descendenţe de grâu cu comportare superioară în condiţii de secetă, datorată fie prezenţei alelei or pentru reglare osmotică superioară în condiţii de secetă, fie altor mecanisme fiziologice.
Efectele genei or, care controlează relajul osmotic, asupra altor însuşiri fiziologice sau agronomice.
Descendenţe de grâu durum cu rezistenţă superioară la iernare, transferată de la grâul comun;
Descendenţe de orz cu comportare superioară la iernare şi secetă.

ETAPA 7

OBIECTIVELE ETAPEI

Pentru faza 7 s-a prevăzut diseminarea rezultatelor prin transmiterea de forme parentale către centrele de ameliorare şi prin publicaţii ştiinţifice, pentru cele trei direcţii de cercetare ale proiectului: ameliorarea calităţii de utilizare, a rezistenţei la boli şi a rezistenţei la stres climatic.

REZULTATE

Pe baza rezultatelor obţinute în etapele anterioare, în etapa 7 au fost transferate către centrele de ameliorare:

- 4 genotipuri de grâu care posedă gena HGPC de la T.dicoccoides pentru creşterea conţinutului de proteine în bob, 5 genotipuri de grâu care se abat de la regresia Proteine-Producţie sau au însuşiri reologice superioare şi 5 genotipuri de orz, dintre care 4 de orz golaş.

- 9 genotipuri noi de grâu cu rezistenţă îmbunătăţită la septorioză, 2 genotipuri cu rezistenţă la fuzarioza spicelor, 3 genotipuri cu rezistenţă la mălură într-un tip agronomic mult ameliorat, 1 genotip de grâu, 1 genotip de orz şi 13 de triticale cu rezistenţă la viroza piticirii galbene.

- 4 genotipuri noi de grâu cu capacitate superioară de reglare osmotică şi tip agronomic ameliorat, 1 genotip cu comportare bună în condiţii de secetă dar fără gena pentru reglare osmotică ridicată, 1 genotip purtător al genei de reducere a taliei Rht8 cu coleoptil lung şi instalare mai bună a culturii, 1 genotip de orz cu rezistenţă la stres hidric şi termic şi 1 genotip de grâu durum cu rezistenţă îmbunătăţită la iernare.

Rezultatele obţinute şi transferarea formelor create către mai multe programe de ameliorare a cerealelor reprezintă realizarea obiectivului final al proiectului privind crearea de forme parentale noi pentru ameliorarea calităţii de utilizare, a rezistenţei la boli şi a rezistenţei la stres climatic la cerealele păioase, care să constituie o bază genetică nouă pentru soiurile viitorului.

Rezultatele ştiinţifice au fost de asemenea diseminate prin articole ştiinţifice publicate astfel:

privind ameliorarea calităţii - 6 articole publicate.
privind ameliorarea rezistenţei la boli - 11 articole publicate.
privind ameliorarea rezistenţei la stres climatic - 1 articol publicat.

Utilizarea noilor genitori în programele de ameliorare a cerealelor va deschide noi perspective de progres în crearea de soiuri mai corespunzătoare cerinţelor viitoare ale cultivatorilor şi consumatorilor.

Lista articolelor publicate:

Conţescu Laura, N.N. Săulescu. 2007. Grain protein content and yield in chromosome 7B recombinant substitution lines of wheat (Triticum aestivum L.). Romanian Agricultural Research. 24:1-6

Giura, A., L. Conţescu, P. Mustăţea, G. Ittu, N.N. Săulescu. 2008. Effects of Chromosome 7B Genes on Grain Protein Concentration, Yield and Earliness in Wheat (Triticum aestivum L.). Cereal Research Communications, sub tipar. Revista cotată ISI

Marinciu Cristina, Nicolae N. Saulescu. 2008. Cultivar effects on the relationship between grain protein concentration and yield in winter wheat. Romanian Agricultural Research. 25:19-28. Revista cotată ISI

Furdi Florina, Sorina Mihacea, G. Nedelea. 2007. The storage protein polymorphism emphasizing among some autumn wheat genotypes. Buletinul USAMV Cluj-Napoca, seria Zootehnie şi Biotehnologii, vol. 63-64: 365-369. B+

Furdi Florina. 2007. Polymorphism analysis of some autumn wheat genotypes using DNA markers. Analele Universităţii din Craiova, vol. XII: 147-152. B

Marinciu Cristina. 2007. Genotype and Nitrogen fertilization influence on protein concentration in old and new wheat cultivars. Romanian Agricultural Research Nr. 24/2007:17-24. Revista cotată ISI

Oncica F. 2007. Association of bunt resistance gene Bt8 with agronomic traits in a winter wheat (Triticum aestivum L.) cross. Romanian Agricultural Research. Nr. 24/2007:25-28. Revista cotată ISI

Ciucă, M., N. N. Săulescu. 2008. Screening Romanian winter wheat germplasm for presence of Bt10 bunt resistance gene, using molecular markers. Romanian Agricultural Research. 25:1-6.

Oncica F., Săulescu N.N. 2007. Sources of resistance to bunt (Tilletia spp.) in modern semidwarf winter wheat (Triticum aestivum L.). Romanian Agricultural Research Nr. 24/2007:29-32. Revista cotată ISI

Oncica F., Săulescu N.N. 2008. Potentially new sources of genes for resistance to common bunt (Tilletia spp.) in winter wheat (Triticum aestivum L.). Proceedings of Romanian Academy B. (sub tipar) Revista cotată ISI

Ittu M., Săulescu N.N., Ittu G. 2007. Breeding efforts to develop resistant cultivars to Fusarium head blight and associated mycotoxins in wheat for Romanian sustainable cropping systems. In: Proceedings of the SUSVAR WG5 workshop “Fusarium diseases in cereals – potential impacts for sustainable cropping systems. S. Vogelsang şi colab (editori):25-31.

Ciucă M., Giura A., Saulescu N.N., Ittu G., Iuoraş M., Ittu M., Mustăţea P. 2006. Selecţia genotipurilor haploide de grâu cu rezistenţă la BYDV transferată de la Thinopyrum intermedium, cu ajutorul markerilor moleculari. Probleme de genetică teoretică şi aplicată, 38 (1-2):1-8.

Ciucă M., Ittu M., Oncică F., Tezel-Mateescu R., Cornea C.P., Iuoraş M. 2007. Cercetări privind posibilitatea utilizării unor tehnici moleculare pe bază de PCR în ameliorarea grâului pentru rezistenţă la malură (Tilletia sp.). Probleme de genetică teoretică şi aplicată, 39 (1-2):1-18.

Botez C., Monica Iuoraş, P.Raica, N.N.Saulescu, 2006, Preliminary results on marker assisted selection for disease resistance in comon wheat (Triticum aestivum). Buletin USAMV-CN, 62: 41-49.

Cota Laura Cristina, C.Botez, Dana Bota, meda Lucaci, 2007, Genetic marker assisted selection for common bunt resistance (Tilletia sp.) in some wheat lines. Buletin USAMV-CN, 63: 237-242.

Curticiu Dana Maria, C.Botez, Cota Laura, Lucaci Meda, 2007, Marker sssisted selection for Septoria tritici resistance of common wheat. Buletin USAMV-CN, 63: 311.

Botez C., Dana Curticiu, Laura Cota, 2008, Dihaploid wheat lines selection with SSR marker for Septoria tritici resistance. Buletin USAMV-CN, 65 (sub tipar).

Banica, C., Ciuca M., Giura A. 2008. Pollen grain expression of osmotic adjustment in Romanian winter wheat. European Wheat Aneuploid Co-operative Newsletter 2008:100-102.

CEEX 2
Project title: „Building a new genetic basis of cereals for the future”

S/T domain: Food, health and well-being: improved quality and safety, both chemical and microbiological, of food.

Financing source: State budget – Ministry of Education and Research,

Program ”Cercetare de excelenta”

Contracting autority:

UNIVERSITATEA DE ŞTIINŢE AGRONOMICE ŞI MEDICINĂ VETERINARĂ BUCUREŞTI

Contractor: Institutul Naţional de Cercetare –Dezvoltare Agricolă - Fundulea

(National Agricultural Research & Development Institute – Fundulea)

Project type: Modul 1- Complex R&D Projects, P-CD

Contract value: 1.500.000 lei

Contract duration: 3 ani (oct. 2005 – sept. 2007)

Project coordinator: Institutul National de Cercetare – Dezvoltare Agricola – Fundulea,

str. N.Titulescu. nr. 1, 915200, Fundulea , tel. +40213154040, fax. +40242642044,

Project Director: Dr. Ing. Nicolae N. SĂULESCU, e-mail: saulescu@incda-fundulea.ro

Partners:

Partner 1. : Universitatea de Stiinte Agronomice si Medicina Veterinara a Banatului –Timişoara, Calea Aradului, nr. 119, cod 1900, Timisoara, tel: +40-(0)256-494023, fax: +40- (0)256–200296, Scientific director of the project: Prof. Gabriel NEDLEA, e-mail: clasor_ro@yahoo.com

Partner 2: UNIVERSITATEA DE STIINTE AGRICOLE SI MEDICINA VETERINARA CLUJ-NAPOCA, str. Mănăştur nr. 3, cod 400372, tel: + 40 264596384, fax: 40 0264593792, Scientific director of the project: Prof. Constantin BOTEZ, e-mail: constantinbotez@yahoo.com

Short presentation of the project

Cereal production is of strategic importance for Romania, as well as for Europe. Preparing this for the future is essential. Large amounts of nitrogen fertilizer and pesticides are presently used for cereal production, especially in Europe, and cereal grains often contain mycotoxins and/or pesticide residues. On the other hand, organic production of cereals faces problems related to low grain protein content and diseases that affect quality and yield. Future cereal production under lower-input or organic farming will need improved cultivars, with higher and more diversified quality, with better resistance to diseases that produce mycotoxins or require chemical control, and with better adaptation to predicted climate changes, and this can only be achieved on a new genetic basis.

In our view, building a new genetic basis of cereals, by alien introgressions and germplasm diversification is indispensable for a safer, sustainable future cereal production, able to satisfy new consumer requirements. This is a worldwide effort, but which needs to be supported by national efforts to build new germplasm adapted to specific environments. Results are expected to be useful both nationally and internationally.

The aim of this project is to build a new genetic basis for a safer, higher quality and sustainable cereal production in the semi-arid climate of Southeast Europe. Direct introduction of winter cereal germplasm from other countries has been largely unsuccessful, mostly because of temperature and water stresses and diseases specific to the region. Present adapted germplasm lacks many features needed for future cereal production. Three main objectives will be considered:

To diversify the genetic basis of end-use quality in bread-wheat, durum wheat, triticale and barley. Emphasis will be put on nitrogen storage efficiency, using intraspecific variation and T. dicoccoides introgressions in bread-wheat, durum wheat and triticale. Additionally diversification of end-uses will be explored by achieving genetic progress in „naked barley” and „farro type” wheat.
To create new prospects for healthier cereal production by improving disease resistance. Work will concentrate on:

- introducing new genes and pyramiding genes for Fusarium resistance in bread-wheat, durum wheat, barley and triticale;

- using available and introducing alien genes for yellow dwarf virus resistance in bread-wheat, durum wheat, barley and triticale;

- using available genes of resistance to common and dwarf bunt in bread-wheat;

- introgressing alien genes of resistance to Septoria in bread-wheat.

To increase cereal adaptability to unfavorable climatic conditions by improving resistance to water and temperature stresses. Work will concentrate on improving osmoregulation by introducing an already described gene and by exploring other possible gene sources.

Deliverables will include potential parents for cereal breeding, in a modern, adapted background, for all three objectives of the project. This corresponds to the aims of thematic area 2.2: „Food, health and well being” by creating new prospects for improved quality and safety of cereal based food.

The project is based on the scientific hypothesis that genetic diversification of cereals, through alien introgressions and use of exotic germplasm can open new prospects for sustainable production of healthier and higher quality food. The main gene sources, which will be used directly or indirectly are:

T. dicoccoides, for increasing grain protein content in bread wheat, durum wheat and triticale, as well as for breeding improved “farro type” wheat;
Various strains of Aegilops squarosa (T.tauschii) and other Aegilops species, mainly for Septoria resistance, but possibly also for stress resistance in bread wheat;
The rye genome, mainly through triticale x wheat crosses, for Septoria and Tilletia resistance in bread wheat;
Species of Agropyron, for yellow dwarf virus resistance in bread wheat, durum wheat and triticale;
Hordeum bulbosum, for disease resistance in barley;
Exotic germplasm for disease and stress resistance, and for quality diversification in wheat and barley.

Suitable techniques will be used both for obtaining hybrids and for selection, such as:

embryo culture for crosses that do not normally produce seed;
tissue culture and use of mutants at the pairing controlling locus, to facilitate gene transfers between non-homologous chromosomes;
doubled haploid approach, using the “wheat x maize” method in wheat and the “bulbosum” method in barley, to obtain homozygosity in a shorter time;
marker assisted selection using SSR markers for traits where such markers are already known, and new marker identification;
suitable artificial inoculation for each disease, including the “detached leaves” approach for Septoria, injection of inoculum into middle florets for Fusarium, etc., to select disease resistant progenies;
selection for high osmoregulaton response based on pollen grain expression of the corresponding gene, etc.

Because of present public perception and known trends in world wheat research, work on genetically modified organisms has deliberately not been included in the project.

Building a new genetic basis for cereals of the future, including aspects regarding quality, safety and adaptability to climate changes, is a complex task, requiring a multidisciplinary approach. Our approach is new by:

Attempting the introgression of new useful genes, that have been largely neglected worldwide (e.g. genes from the rye genome) or in Europe (e.g. from T. dicoccoides, the high osmoregulation gene, etc.);
introgression of useful genes into the genetic background of modern cereals, adapted to the semi-arid climate of Eastern Europe. This will make easier the task of assembling, at a later stage, many useful traits into future cultivars, adapted to large cereal producing areas of Eastern Europe, and potentially useful for other countries in the prospect of climate changes.

RESULTS

Phase 1.

Using existing data bases and bibliographical references we identified genotypes and assembled collections of wheat, triticale and barley entries carrying useful genes for improving quality, disease resistance and response to abiotic stresses. These collections which were planted in the field for further characterization, included:

collections of wheat entries carrying genes of resistance to Septoria tritici, Fusarium graminearum, Tilletia sp and BYDV. For BYDV collections were also assembled in durum wheat and triticale.
collections of gene sources for quality
collection of wheat entries with traits favoring the performance under water stress. This collection was assembled based on the concept resulted from research financed by the contract AGRAL 353.

Phase 2.

To combine favorable genes for quality, 269 new crosses in wheat, 87 new crosses in barley and 5 new crosses in Triticale were obtained. Results on DNA polymorphism opened the way for identification of useful molecular markers.

For introgression of genes for disease resistance, 142 new crosses in wheat, 64 new crosses in barley and 7 new crosses in Triticale were obtained. Results on DNA polymorphism suggested potentially useful molecular markers.

To combine genes for stress resistance, 79 new crosses in wheat and 31 new crosses in barley were obtained. First results on preliminary identification of potential molecular markers were obtained.

Phase 3.

Results were obtained on electrophoretic spectrum of grain proteins and on the presence of the molecular marker for the HGPC gene in the breeding material for quality improvement.

New data on Septoria and Fusarium resistance, and on molecular characteristics allowed a better characterization of the potential gene sources.

New data for field and molecular characterization of entries of interest for breeding for stress resistance were obtained.

Phase 4.

New doubled haploid lines were obtained and interesting lines were selected based on phenotypic characterization and on the use of molecular markers. 30 doubled haploid lines and F3-F4 lines potentially useful for increasing grain protein content. For 16 of them, the presence of the gene Gpc-1, from Triticum diccocoides was confirmed.

New doubled haploids were obtained and lines were selected, based on phenotypical observations and on analysis of molecular markers, for potential use in breeding for disease resistance. Among the most interesting lines we mention 9 doubled haploid wheat lines, carrying a BYDV resistance gene from Thinopyrum intermedium, one doubled haploid barley line carrying the Ryd2 gene of resistance to the same virus, 5 doubled haploid lines carrying the bunt resistance genes Bt11 and Bt12, several lines resistant to Septoria and Fusarium, etc.

New doubled haploid lines were obtained and promising lines were selected based on phenotypical observations and on molecular markers, for resistance to abiotic stresses. Among them are potential parents for drought resistance in common wheat and for winter-hardiness in durum wheat and barley.

Phase 5.

As a result of Activity 1, for obtaining new parents for improving quality we identified:

Wheat progenies with high protein content, carrying the gene Gpc-1 transferred from Triticum dicoccoides to winter habit wheat, better adapted to Romanian conditions;
Wheat cultivars and lines showing positive deviations from the general association of high yields with low protein content;
Wheat lines with good rheological properties, corresponding to high bread-making quality;
Naked barley lines with better agronomical and quality traits.

As a result of Activity 2, aiming at obtaining new parents for improving the resistance to the main diseases to which present cultivars are not sufficiently resistant, we identified:

Wheat progenies with Septoria resistance derived from Aegilops squarosa or Thinopyrum intermedium, in an adapted to Romanian conditions background;
Wheat progenies with resistance to Fusarium head blight, derived from the Chinese cultivar Sumai 3 or with other different genes in a more adapted background;
Wheat progenies carrying various bunt resistance genes in an improved background;
Wheat progenies with resistance to BYDV derived from Thinopyrum intermedium, in a relatively adapted background;
Doubled haploid barley lines with improved resistance to Yellow Dwarf virus and powdery mildew;
Triticale progenies with resistance to Fusarium head blight and Yellow Dwarf virus.

As a result of Activity III, aiming at obtaining new parents for improving the resistance to water and temperature stresses we identifed:

Wheat doubled haploid progenies carrying the gene or for better osmotic adjustment in drought conditions;
Wheat progenies with long coleoptile, a trait that is important for better emergence in unfavorable conditions and for early vigor of the plantlets;
Durum wheat progenies with better winter-hardiness, derived from common wheat;
Barley progenies with better winter-hardiness and drought resistance.

Phase 6

OBJECTIVES OF THE PHASE

Phenotypic and molecular marker assisted characterization of progenies selected during previous phases for improving quality;
Phenotypic and molecular marker assisted characterization of progenies selected during previous phases for disease resistance;
Phenotypic and molecular marker assisted characterization of progenies selected during previous phases for improving stress resistance.

RESULTS

During the sixth phase of the project, based on data accumulated about the doubled-haploid and segregating progenies selected during previous phases, several lines, which can be recommended as parents for breeding future cultivars, were characterized. These included:

In the frame of Activity I, aiming at creating new parents for improving quality, the following lines were characterized:

Wheat potential parents with high grain protein content, carrying the gene Gpc-1 transferred from Triticum dicoccoides, in a winterbackground, more adapted to Romanian conditions;
Wheat cultivars showing positive deviations from the general relationship „high yield- low grain protein content”;
Wheat genotypes with very favorable for bread-making rheological parameters (dough mixing properties);
Naked barley genotypes de with superior agronomical and quality traits and high quality barley genotypes.

In the frame of Activity II, aiming at creating new parents for improving resistance to main diseases to which present cultivars are not sufficiently resistant, the following lines were characterized:

Wheat progenies with septoria resistance transferred from Aegilops squarosa or Thinopyrum intermedium in a genetic backgroud adapted to Romanian conditions;
Winter wheat progenies with FHB („Fusarium head blight”) resistance transferred fron the Chinese spring wheat Sumai 3, or with other different resistance genes, in an agronomic superior background;
Wheat progenies with various bunt resistance genes and improved agronomic type;
Wheat progenies with BYDV („barley yellow dwarf virus”) resistance transferred from Thinopyrum intermedium genetic background more adapted to Romanian conditions;
Doubled haploid barley progenies with improved BYDV and mildew resistance;
Triticale progenies with BYDV and FHB resistance.

In the frame of Activity III, aiming at creating new parents for improving water and temperature stress resistance, the effects of the gene or, which controls the osmotic adjustment were studied and the following lines were characterized:

Wheat progenies with better behavior under water stress, due to the presence of or allele for superior osmotic adjustment, or to other physiological mechanisms. The effects of the gene or, on other physiological and agronomic traits were also investigated.
Durum wheat progenies with better winter-hardiness, transferred from bread wheat;
Barley progenies with better winter-hardiness and drought resistance.

Phase 7

OBJECTIVES OF THE PHASE

Phase 7 included dissemination of research results by transmitting the parental genotypes to breeding centers and by scientific publications, for the three directions of the project: improving end-use quality, disease resistance and climatic stress resistance.

RESULTS

Based on results of previous phases, during phase 7 the following parents were transferred to breeding centers:

- 4 wheat genotypes carrying the gene HGPC from T.dicoccoides for increased grain protein content, 5 wheat genotypes showing deviations from the negative regression Protein content-Yield, or good rheological properties and 5 high quality barley genotypes, including 4 of naked barley.

- 9 new wheat lines with improved Septoria resistance, 2 lines with FHB resistance, 3 bunt resistant lines with much improved agronomic type, 1 wheat, 1 barley and 13 triticale lines resistant to BYDV.

- 4 new wheat genotypes with high osmotic adjustment and improved agronomic type, 1 wheat genotype with good resistance to drought but without the high osmotic adjustment allele, 1 wheat genotype carrying the height reducing gene Rht8, having long coleoptile and good stand establishment, 1 barley genotype resistant to water and temperature stress and 1 durum wheat genotype with improved winter-hardiness.

The obtained results and the transfer of created genotypes to several breeding programs represent the achievement of the final objective of the project i.e. building a new genetic basis for the cereal cultivars of the future.

Scientific results were also disseminated by publications:

regarding improvement of quality - 6 published papers
regarding breeding for disease resistance - 11 published papers
regarding improvement of climatic stress resistance - 1 published paper.

The use of the new parents in cereal breeding programs will open new perspectives of progress in obtaining cultivars more suitable to future requirements of farmers and consumers.

Published papers:

Conţescu Laura, N.N. Săulescu. 2007. Grain protein content and yield in chromosome 7B recombinant substitution lines of wheat (Triticum aestivum L.). Romanian Agricultural Research. 24:1-6 Revista cotată ISI

Furdi Florina. 2007. Polymorphism analysis of some autumn wheat genotypes using DNA markers. Analele Universităţii din Craiova, vol. XII: 147-152. B

Marinciu Cristina. 2007. Genotype and Nitrogen fertilization influence on protein concentration in old and new wheat cultivars. Romanian Agricultural Research Nr. 24/2007:17-24. Revista cotată ISI

Ciucă, M., N. N. Săulescu. 2008. Screening Romanian winter wheat germplasm for presence of Bt10 bunt resistance gene, using molecular markers. Romanian Agricultural Research. 25:1-6.

Botez C., Monica Iuoraş, P.Raica, N.N.Saulescu, 2006, Preliminary results on marker assisted selection for disease resistance in comon wheat (Triticum aestivum). Buletin USAMV-CN, 62: 41-49.

Cota Laura Cristina, C.Botez, Dana Bota, Meda Lucaci, 2007, Genetic marker assisted selection for common bunt resistance (Tilletia sp.) in some wheat lines. Buletin USAMV-CN, 63: 237-242.

Curticiu Dana Maria, C.Botez, Cota Laura, Lucaci Meda, 2007, Marker assisted selection for Septoria tritici resistance of common wheat. Buletin USAMV-CN, 63: 311.

Botez C., Dana Curticiu, Laura Cota, 2008, Dihaploid wheat lines selection with SSR marker for Septoria tritici resistance. Buletin USAMV-CN, 65 (sub tipar).

Banica, C., Ciuca M., Giura A. 2008. Pollen grain expression of osmotic adjustment in Romanian winter wheat. European Wheat Aneuploid Co-operative Newsletter 2008:100-102.

Proiecte de cercetare

CEEX 2 Titlul proiectului: „Construirea unei noi baze genetice pentru cerealele viitorului” (CEREVIIT)

CEEX 2 Project title: „Building a new genetic basis of cereals for the future”

CEEX 2
Titlul proiectului: „Construirea unei noi baze genetice pentru cerealele viitorului” (CEREVIIT)

CEEX 2
Project title: „Building a new genetic basis of cereals for the future”