Quinoa (Chenopodium quinoa Willd.) ist eine traditionelle Andenkulturpflanze, die vor etwa 5.000–7.000 Jahren domestiziert wurde. In den letzten Jahren haben Produktion und Konsum von Quinoa weltweit stark zugenommen, da die Pflanze durch ihren außergewöhnlichen Nährwert und ihre breite ökologische Anpassungsfähigkeit überzeugt. Trotz ihrer langen Anbaugeschichte wurden systematische Züchtungs- und genetische Verbesserungsprogramme erst in den letzten Jahrzehnten initiiert. Mit der kürzlichen Verfügbarkeit hochqualitativer Genomsequenzen können genomische Ansätze nun genutzt werden, um die Verbesserung von Quinoa zu beschleunigen und ihren Anbau weit über ihr Ursprungsgebiet hinaus zu unterstützen.

Der Quinoa- Genpool weist eine große genetische Diversität auf, die wertvolle Möglichkeiten für die Züchtung bietet. Die Anpassung von Quinoa an nordeuropäische Bedingungen kann stark von dieser Vielfalt profitieren. Das Verständnis der genetischen Grundlagen agronomisch wichtiger Merkmale ist entscheidend für die effiziente Entwicklung verbesserter Sorten. Für einen erfolgreichen Anbau in Mittel- und Nordeuropa sind sowohl die Anpassung an Langtagbedingungen als auch die Verbesserung zentraler agronomischer Eigenschaften, einschließlich Pflanzenleistung und Samenproduktion, erforderlich.

• Identifizierung von Kandidatgenen für agronomisch wichtige Merkmale durch genomweite Assoziationskartierung (GWAS) und QTL-Kartierung in Quinoa
• Proteom- und Transkriptomanalysen zur Identifizierung von Genen für Blühzeit und Photoperiodenreaktion
• Erfassung allelischer Variation, die Blühzeit und andere agronomisch wichtige Merkmale in Quinoa beeinflusst, mittels Haplotyp-Analysen
• Identifizierung von Sekundärmetaboliten, die als Reaktion auf Falschen Mehltau unterschiedlich akkumuliert werden, mittels Metabolomanalyse
• Auswahl von Quinoa-Genotypen, die für den Anbau unter nordeuropäischen Klimabedingungen geeignet sind

Wir führten Feldversuche mit einem Diversitätspanel von 350 Quinoa-Akzessionen durch, die eine deutliche phänotypische Variation bei Blühzeit, Proteingehalt und weiteren agronomisch wichtigen Merkmalen zeigten. Alle Akzessionen wurden mittels Whole-Genome Resequencing sequenziert, wodurch etwa drei Millionen hochwertige SNPs identifiziert wurden. Durch genomweite Assoziationsanalysen konnten wir signifikante Marker-Trait-Assoziationen für zentrale Merkmale wie Blühzeit, Pflanzenhöhe, Ährenlänge, Saponingehalt, Tausendkorngewicht (TKG) und Samenproduktion feststellen und mehrere Kandidatgene identifizieren, die diesen Merkmalen zugrunde liegen. Diese genomischen Ressourcen ermöglichen die Auswahl vielversprechender Elternlinien für die Züchtung von Quinoa-Sorten, die an europäische Bedingungen angepasst sind.

Parallel dazu führten wir eine QTL-Kartierung in einer biparentalen Population durch, die für wichtige agronomische und Qualitätsmerkmale segregiert. Die Phänotypisierung der F₂-Pflanzen und ihrer F₃-Nachkommen über zwei Jahre, kombiniert mit Skim-Sequenzierung der F₂-Generation, identifizierte mehrere QTL. Unter diesen zeigten zwei Loci pleiotrope Effekte auf Blühzeit, Pflanzenhöhe, Ährenlänge und TKG, wodurch wertvolle Marker für die marker-gestützte Selektion zur Verfügung stehen.

Auf Basis dieser Ergebnisse haben wir ein Quinoa-Züchtungsprogramm in Deutschland gestartet. Unter Anwendung der Single Seed Descent (SSD)-Methode wurden mehr als 200 spaltende Populationen entwickelt, wobei mehrere Populationen bereits bis zur F₆- und F₇-Generation fortgeschritten sind. Ausgewählte Linien werden derzeit an mehreren Standorten in Deutschland getestet, um leistungsstarke Sorten zu identifizieren, die für gemäßigte Klimazonen geeignet sind.

• MSc. Harshith Annaram
• Prof. Dr. Nazgol Emrani

• Prof. Dr. Karl Schmid, Institut für Pflanzenzüchtung, Saatgutforschung und Populationsgenetik (350), Universität Hohenheim, Stuttgart, Deutschland.
• Dr. Jochen Kumlehn, Pflanzliche Reproduktionsbiologie, IPK, Gatersleben, Deutschland.
• Prof. Mark Tester, King Abdullah Universität für Wissenschaft und Technologie, Saudi-Arabien.
• Dr. David Jarvis, Brigham Young University, Utah, USA.
• Prof. Dr. Sandra M. Schmöckel, Universität Hohenheim, Stuttgart, Deutschland.
• Dr. Kevin Murphy, Washington state University, USA.

• Saatzucht Streng-Engelen GmbH & Co. KG
• Lifespin GmbH
• Hans-Jürgen Steinmatz, Holstein Quinoa

• Bundesanstalt für Landwirtschaft und Ernährung (BLE), Projektnumber: 281D117A21. Projektlaufzeit: März 2023- Mai 2026.
• Validierungsfonds der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel.
• Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG), Projektnumber: EM 251/1-1.
• Stiftung Schleswig-Holsteinische Landschaft, Projektnummer: 2019/59.
• Internes Wettbewerbs-Forschungsprogramm der King Abdullah Universität für Wissenschaft und Technologie, Fördernummer: OSR-2016-CRG5-2966.