DE69126146T2

DE69126146T2 - Neues verfahren zur produktion von mais mit verbesserter kornqualität

Info

Publication number: DE69126146T2
Application number: DE69126146T
Authority: DE
Inventors: Richard Bergquist; Douglas Nubel; Donald Thompson
Original assignee: EI Du Pont de Nemours and Co; Pfister Hybrid Corn Co
Current assignee: EIDP Inc
Priority date: 1990-11-16
Filing date: 1991-10-11
Publication date: 1997-12-04
Anticipated expiration: 2011-10-12
Also published as: HU218414B; HUT64175A; ZA918167B; EP0572412A1; CN1061882A; AU8950191A; CA2095867A1; CA2095867C; US5704160A; RO114710B1; BG61926B1; RU2083088C1; WO1992008341A1; CN1038893C; BG97736A; MX9101579A; ES2102414T3; EP0572412B1; GR3024234T3; HU9301289D0

Description

Die Erfindung lehrt ein neues Verfahren zur Erzeugung von Körnermais, bei dem weibliche Maispflanzen, die von einer ertragreichen Varietät erhalten worden sind, angebaut werden mit und befruchtet werden von nichtisogenen Maispflanzen, die Gene besitzen, die die Expression von verbesserten Korn- Qualitätsmerkmalen steuern. Unerwarteterweise zeigen nach dieser Befruchtung die von den weiblichen Pflanzen geernteten Körner im Vergleich zu denjenigen, die nach einer Selbst- oder Kreuzbefruchtung von männlich-fruchtbaren oder männlichsterilen Versionen der weiblichen Hybride erhalten worden sind, verbesserte Qualitätsmerkmale.
Mais ist eine Hauptfeldfrucht, die als menschliche Nahrungsquelle, Tierfutter und als Kohlehydrat-, Öl-, Protein- und Faserquelle verwendet wird. Er wird hauptsächlich als Energiequelle in Tierfutter oder als Rohmaterial zur Gewinnung von Stärke, Eiweiß-Ausgangsfraktionen, Faser, Schrotflocken, Mehl und Öl verwendet. Die Anzahl der Produkte, die aus Mais oder aus den Bestandteilen, die aus Mais extrahiert worden sind, erzeugt werden, ist zahlreich und umfaßt u.a. Papierschlichten, glucosereichen Maissirup, Klebstoffe, Lebensmittelverdickungsmittel, industrielle und medizinische Absorptionsmaterialien und Ethanol (aus Stärke); Tierfutter und Futterbestandteile (aus dem vollen Korn, Maissilage, Maisglutenfutter und -mehl) und Maiskeimöl, das aus dem Keim extrahiert wird.
Praktisch der gesamte in den USA, Kanada und Europa kommerziell erzeugte Mais und ein Großteil des in Südamerika erzeugten Mais wird aus Hybridsamen erzeugt. Die Erzeugung von Mais-Hybriden erfordert die Entwicklung von Elite-Mais- Inzuchtlinien, die eine gute allgemeine und spezielle Kombinationseignung aufweisen, damit sie landwirtschaftlich überlegene Hybride hervorbringen. Unter den Merkmalen, die die Pflanzenzüchter bei der Erzeugung von Hybriden auswählen, befinden sich ein hohes Ertragspotential, gute Halmfestigkeit, Resistenz gegen bestimmte Krankheiten, angemessene Trockenheitstoleranz, schnelles Trocknen und eine Kornqualität, die ausreicht, um eine Lagerung und einen Transport zur Vermarktung unter minimalem Verlust zu ermöglichen. Die Entwicklung dieser Elite-Inzuchtlinien ist sowohl arbeits- als auch kostenintensiv und erfordert viele Entwicklungsjahre in vielen unterschiedlichen Umgebungen. Der Einbau zusätzlicher Merkmale, die die Kornqualität weiter verbessern, würde den Pflanzenzüchtern zusätzliche Einschränkungen auferlegen, die sowohl die Zeit als auch die Kosten der Erzeugung dieser Qualitätskorn-Inzuchtlinien drastisch vergrößern.
Nach der Entwicklung der Elite-Inzuchtlinien können sie auf mehreren Wegen zur Erzeugung von kommerziellem Hybridsamen verwendet werden. Die Mehrzahl des in den USA erzeugten Hybridsamens ist vom Typ Einzelkreuzung. Zwei Inzuchtlinien werden miteinander gepaart, damit das entsteht, was als F1-Einzelkreuzungshybride (A x B) bezeichnet wird. In einigen Fällen ist bei der Kreuzung das weibliche Elter selbst eine F1-Hybride, so daß eine Dreiwege-Kreuzungshybride mit dem Genotyp (A x B) x C erzeugt wird. Seltener wird eine Vierwege- Kreuzungshybride mit sowohl inännlichen als auch weiblichen Eltern als F1-Hybride erzeugt, was zu einem Genotyp (A xB) x (C x D) führt. In allen Fällen werden die resultierenden Körner dieser Paarung als Samen an kommerzielle Anbauer verkauft, die schließlich F2-Körner von der Frucht zum Eigengebrauch oder zum kommerziellen Verkauf ernten. Eine allgemeine Übersicht über diese Systeme ist in mehreren Texten verfügbar (z.B. Poehlman, J.M., 1987, Breeding Field Crops, 3. Ausgabe, Avi Publishing Company, Westport, Connecticut).
Abgesehen davon, daß die richtige Kombination der genetischen Faktoren zur Erzeugung von Elite-Hybriden verfügbar ist, müssen die Inzuchten selbst recht kräftig sein, um den Anforderungen an die moderne Samenerzeugung gerecht zu werden. Dies kann erläutert werden anhand einer Beschreibung darüber, wie Einzelkreuzungshybride kommerziell erzeugt werden. Zur Steuerung der Richtung der Befruchtung und zur Gewährleistung einer Ernte von überwiegend Hybridsamen sind die Felder zur Samenerzeugung typischerweise so ausgelegt, daß vier Reihen von Inzucht-Maispflanzen, die als weibliche Pflanzen dienen, sich mit einer Reihe von Inzucht-Maispflanzen abwechseln, die als männliche Pflanzen dienen, obwohl andere Pflanzmuster möglich sind. Die weiblichen Pflanzen werden entweder durch Staubgefäß-Entfernung oder über genetische Mechanismen, wie cytoplasmatische männliche Sterilität, die das Staubgefäß nichtfunktionsfähig macht, männlich steril gemacht. Die Samenanlagen, die diese weiblichen Pflanzen tragen, werden anschließend von Pollen befruchtet, der von den männlichen Pflanzen erzeugt worden ist, und der resultierende Hybridsamen, den die weiblichen Pflanzen tragen, wird geerntet, gereinigt, der Größe nach sortiert und vor dem Verkauf an kommerzielle Anbauer behandelt. Um diesen Hybridsamen wirtschaftlich zu erzeugen, müssen die männlichen Inzuchtpflanzen in verläßlicher Weise genügend Pollen abwerfen, um die weiblichen Pflanzen über eine Vielzahl von klimatischen Bedingungen hinweg zu befruchten. Der Hybridsamen, den die weiblichen Inzuchtpflanzen tragen, muß von hoher Qualität sein, um eine gute Keimung und frühe Pflanzen-Widerstandskraft in dem kommerziellen Anbaufeld zu ermöglichen, und die weiblichen Pflanzen müssen ihrerseits aufrecht stehen und die Ähren bis zum Zeitpunkt der Ernte beibehalten. Diese Anforderungen an die Inzuchtlinien vergrößern ihrerseits die Zeit und die Kosten, die erforderlich sind, um kommerziell erfolgreiche Hybride zu erzeugen.
Somit ist die kosten- und zeitintensive Entwicklung und Testung von Inzuchten der Schlüssel zur modernen Getreideerzeugung. Es existieren drei Züchtungsschemata, die üblicherweise angewendet werden, um Inzuchtlinien von Mais zu erzeugen: das Stammbaumsystem des Züchtens, die Umwandlung durch Rückkreuzung und die periodische Selektion. Bei einer üblicherweise praktizierten Form des Stammbaumverfahrens werden zwei Inzuchtlinien von Mais, oft mit unterschiedlichen Reihen von wünschenswerten Merkmalen, miteinander gepaart, und die besseren Pflanzen werden ausgewählt und in den nachfolgenden Generationen mit sich selbst befruchtet, um zunehmend ingezüchtet zu werden. Ein Teil dieses Selektionsverfahrens umfaßt eine periodische Bewertung des Verhaltens der auftretenden Inzuchtlinien in verschiedenen Hybridkombinationen. Das Verfahren des fortwährenden Selbstbefruchtens und der fortwährenden Selektion typischerweise über 5 bis 8 Generationen hinweg, führt zur Erzeugung von Linien, die zu einem deutlichen Ausmaß genetisch homogen oder ingezüchtet sind. Die Entwicklung und kommerzielle Erzeugung einer Elite- Inzucht durch dieses Verfahren dauert typischerweise 5 bis 7 Jahre.
Bei der zweiten Zuchtmethode, der Umwandlung durch Rückkreuzung, wird eine gewünschte Eigenschaft (im allgemeinen eine, die einfach ererbt ist, wie bestimmte Krankeitsresistenzen) in eine Ziel-Elite-Inzucht (das verwendete Elter) eingebaut, indem das verwendete Elter mit einer Ursprungspflanze gepaart wird, die ein bestimmtes Merkmal von Interesse exprimiert. Diese Ursprungspflanze kann auch eine Inzucht sein, jedoch kann sie im weitesten Sinne Glied irgendeiner Pflanzenvanetät oder -population sein, die mit dem verwendeten Elter kreuzungsfruchtbar ist. Die Nachkommen aus dieser Kreuzung werden dann mit dem verwendeten Elter rückgekreuzt (und manchmal mit sich selbst befruchtet), die wünschenswerten Nachkommen identifiziert, und der Cyclus wird wiederholt. Nach 5 bis 8 Rückkreuzungs- und Selektionscyclen führt dieses Verfahren zur Gewinnung der gewünschten Eigenschaft, zu etwas, was im wesentlichen der genetische Hintergrund des verwendeten Elite-Elter ist. Oft kann die "umgewandelte" Inzucht gewonnen und schnell (3 bis 5 Jahre) erzeugt werden, da jedoch das Endprodukt in vielerlei Hinsicht im wesentlichen eine "ältere" Linie ist, wird die Rückkreuzungskonversion im allgemeinen als konservative Methode der Inzuchtentwicklung angesehen.
Die dritte Methode der Inzuchtentwicklung, die sich wiederholende Selektion, umfaßt im allgemeinen die Extraktion einer neuen Inzucht aus einem breiten genetisch heterogenen Zuchtpool, der im allgemeinen als Population bezeichnet wird. Einzelne Pflanzen innerhalb der Population werden nach den Merkmalen von Interesse, wie Halmfestigkeit oder Kombinationseignung, ausgewählt und zur Erzeugung einer neuen Population gepaart, von der wiederum Individuen mit diesen gewünschten Charakteristika ausgewählt und gepaart werden. Da die Anzahl der möglichen genetischen Kombinationen innerhalb dieser Populationen recht groß ist, existiert eine beträchtliche Möglichkeit zur Gewinnung von Subpopulationen und gegebenenfalls Inzuchtlinien mit neuen Merkmalen bezüglich des Korns, Samens oder der ganzen Pflanze. Eine unvermeidbare Folge dieser genetischen Diversität besteht jedoch darin, daß es wesentlich länger dauert, Elite-Inzuchten durch sich wiederholende Selektion als durch die beiden vorhergehenden Methoden zu entwickeln.
Zusammenfassend sind alle drei derzeit verfügbaren Strategien arbeits- und kostenintensiv und erfordern jeweils jahrelange Arbeit, um sowohl eine Rekombination der genetischen Information als auch die Selektion zu erlauben, um gegebenenfalls Elite-Inzuchtlinien zu ermöglichen, die sich wirksam vereinigen, um Hybridsamen zu ergeben, der zur Erzeugung von Körnern ausgesät wird. Die Schnelligkeit, mit der zufriedenstellende Inzuchtlinien entwickelt werden können, wird zu einem großen Ausmaß durch die Natur und Anzahl der Merkmale, die die Linien besitzen müssen, bestimmt. Das Hinzufügen neuer oder ungewöhnlicher Merkmale, insbesondere, falls sie von mehreren Genen gesteuert werden, wäre eine deutliche Zunahme in der Zeit und Anstrengung, die zur Erzeugung der gewünschten Linien erforderlich sind.
Der meiste Körnermais ist übliche Handelsware, da viele der Anforderungen für Industrie und Tierfutter an den Mais durch die üblichen Feldmais-Varietäten, die breit angebaut und in Masse produziert werden, erfüllt werden können. Es existiert jedoch derzeit ein zunehmender Markt für Mais mit speziellen Endgebrauchseigenschaften, die nicht von dem Körnermais der Standardzusammensetzung erfüllt werden. Am häufigsten wird ein solcher "Spezial"-Mais von "normalem" Feldmais durch die geänderten Endosperm-Eigenschaften unterschieden, wie eine umfassende Änderung in dem Verzweigungsgrad der Stärke (Wachs-Mais, Amylose-Extender; Glover D.V. und E.T. Mertz, 1987, Corn, in: Nutritional Quality of Cereal Grains: Genetic and Agronomic Improvement, R.A. Olson und K.J. Frey, Hrsg. American Society of Agronomy, Madison, Wisconsin, Ss. 183- 336), eine erhöhte Akkumulation von Zuckern oder wasserlöslichen Polysacchariden (sehr süßer, geschrumpfter Zuckermais; Glover D.V. und E.T. Mertz, 1987, Corn, in: Nutritional Quality of Cereal Grains: Genetic and Agronomic Improvement, R.A. Olson und K.J. Frey, Hrsg. American Society of Agronomy, Madison, Wisconsin, Ss. 183-336) oder Änderungen im Grad der Endospermhärte (Mais von Lebensmittelqualität, Puffmais, in: Glover D.V. und E.T. Mertz, 1987, Corn, in: Nutritional Quality of Cereal Grains: Genetic and Agronomic Improvement, R.A. Olson und K.J. Frey, Hrsg. American Society of Agronomy, Madison, Wisconsin, Ss. 173-336; Rooney L.W. und S.O. Serna- Saldivar, 1987, Food Uses of Whole Corn and Dry-Milled Fractions, in: Corn: Chemistry and Technology, S.A. Watson und P.E. Ramstead, Hrsg., American Association of Cereal Chemists, Inc., St. Paul, Minnesota, Ss. 399-429). Maisspezialtypen werden typischerweise im Vertragsanbau zur Erzeugung für bestimmte Endanwender angebaut, die auf die Stärkequalität oder andere spezielle Korn-Qualitätsmerkmale Wert legen. Vielleicht ist das herausragende Beispiel für diese Differenzierung der Vertragsanbau von Wachs-Mais, wobei der Einschluß eines einzigen homozygoten recessiven Gens (wx) die normale Maisstärke (75-80 % Amylopectin, 20-25 % Amylose) nahezu vollständig zu Amylopectin (> 99 %) umwandelt. Auf ähnliche Weise erhöht das recessive Gen Amylose-Extender (ae), wenn es homozygot ist, oder das dominante Gen Ae-5180, wenn es homozygot oder heterozygot ist, (Plant Biotechnology, Februar 1991, Office of Biotechnology, Iowa State University, Ames, Iowa) den spezifischen Amylosegehalt des Maiskorns um 50 % oder mehr. Zusätzlich lehrt die US-4 798 735, wie modifizierte Maisstärken, die durch Kombinationen von einfachen rezessiven Genen erzeugt worden sind, zur Erzeugung von Stärke mit funktionellen Eigenschaften führen können, die zur Verwendung in der Lebensmittelindustrie optimal geeignet sind. Zuckermais ist noch ein weiteres Beispiel für ein spezielles Maisprodukt, das oft im Vertragsanbau angebaut wird, bei dem der Einschluß der rezessiven Gene zuckerig, shrunken- 2 oder Zucker-Enhancer einzeln oder in Kombination durch eine Verringerung der Stärkemenge und eine Steigerung der Menge an Glucose, Saccharose und/oder wasserlöslichen Polysacchariden, die normalerweise in den unreifen Maiskörnern vorkommen, Süße verleiht (Creech, R. und D.E. Alexander, 1978, Breeding for Industrial and Nutritional Quality in Maize, in: Maize Breeding and Genetics, D.B. Walden, Hrsg. John Wiley and Sons, New York, Ss. 249-264).
In neuerer Zeit besteht eine Neigung zur Differenzierung von Mais, nicht nur auf der Grundlage von Änderungen in der Kohlehydratqualität, sondern auch auf der Grundlage seiner Protein-, Öl- und Kernhärteeigenschaften. Mehrere Firmen vermarkten Mais mit vermehrt Lysin (Crow's Hybrid Corn Company, Milford, Illinois), Protein (Wilson Hybrids, Harlan, Iowa), Öl (Pfister Hybrid Corn Company, El Paso, Illinois unter dem Warenzeichen KERNOIL ) und erhöhter Endospermhärte (Vineyard Seed Co., Homer, Illionois) in einem Versuch Märkte zu bedienen, die einen gesteigerten Wert auf diese Kornmerkmale legen. Der Protein- und Ölgehalt sind besonders wichtige Determinanten für die Leistung von Mais als Bestandteil von Tierfutter (Glover D.V. und E.T. Mertz, 1987, Corn, in: Nutritional Quality of Cereal Grains: Genetic and Agronomic Improvement, R.A. Olson und K.J. Frey, Hrsg. American Society of Agronomy, Madison, Wisconsin, Ss. 183-336; Han, Y., C.M. Parsons und D.E. Alexander, 1987, Nutritive Value of High Oil Corn for Poultry. Poultry Science 66:103-111). Außerdem sind Maiskeimöl und Maisprotein als Nebenprodukte beim Naß- und Trockenmahlen wichtige Einkommensquellen für die Naß- und Trockenmühlbetreiber. Neue Versuche der Iowa State University über die Leistung von Mais stellen ein Mittel bereit, den industriellen Wert dieser Maisbestandteile zu erkennen, indem nicht nur der Ertrag der getesteten Hybride, sondern auch ihre berechneten Naßmahlwerte angegeben werden. (Iowa Corn Growers Association, 1989, Higher Processing Value in 1989 State Fair Open Class Corn and Soybeans. Bulletin, 8/27/89).
Die Züchtung, Entwicklung und Nährwertattribute von ölreichem Mais werden nachstehend als Erläuterung für den Entwicklungszustand, die Vererbbarkeit, die züchterische Schwierigkeit und den wirtschaftlichen Vorteil, der mit der Entwicklung von vielen, wenn nicht von allen verbesserten Korn-Qualitätsmerkmalen einhergeht, angegeben. Die am sorgfältigsten studierten ölreichen Maispopulationen sind vielleicht die Population Illionois High Oil (IHO) und Alexander High Oil (Alexho), die an der University of Illinois entwickelt wurden. IHO wurde entwickelt durch modifizierte Massenselektion mit der offen befruchteten Maisvarietät Burr's White, wobei über mehr als 80 Selektionscyclen 1896 starteten (Alexander, D.E., 1988, High Oil Corn: Breeding and Nutritional Properties, in: Proceedings of the 43rd Annual Corn und Sorghum Industrial Research Conference, Ss. 97-105; Dudley, J.W., R.J. Lambert und D.E. Alexander, 1974, Seventy Generations of Selection for Oil and Protein in the Maize Kernel, in: Seventy Generations of Selection for Oil and Protein in Maize, J.W. Dudley, Hrsg. Crop Science Society of America, Madison, Wisconsin, Ss. 181-212). Den höchsten durchschnittlichen Ölgehalt im Kern oder Korn, der in dieser Population erreicht wird, beträgt auf Trockengewichtsbasis etwa 22% Öl. Im Gegensatz dazu war Dr. Denton Alexander, der sowohl die Massen- als auch Einzelkornselektion bei einer synthetischen Population (Alexho) einsetzte, in der Lage, einen durchschnittlichen Ölgehalt von ungefähr 22 % nach 28 Selektionscyclen zu erreichen (Alexander, D. E., 1988, High Oil Corn: Breeding and Nutritional Properties, in: Proceedings of the 43rd Annual Corn und Sorghum Industrial Research Conference, Ss. 97-105). Eine Reihe von Mais-Inzuchten ging bereits aus den IHO (R802A)- und Alexho (R805, R806)-Populationen hervor und ist für die Öffentlichkeit über den Direktor der Agricultural Experiment Station, University of Illinois, Urbana, IL erhältlich.
Der Ölgehalt im Mais ist ein Korn-Qualitätsmerkmal, das quantitativ vererbt wird (Silvela, L-. R. Rodgers, A. Garrera und D.E. Alexander, 1989, Effect of Selection Intensity and Population Size in Percent Oil in Maize, Zea mays L. Theoretical and Applied Genetics 78:298-304). Mehrere Studien zeigen, daß der Ölgehalt von F2-Körnern in Masse, die aus Kreuzungen zwischen verschiedenen Alexho-Abkömmlingen und Inzuchtlinien mit normalem Ölgehalt hervorgehen, sich dem Eltern-Durchschnittswert des Ölgehaltes von Kernen annähert, die aus der Selbstbefruchtung von jedem Elter getrennt hervorgehen (Alexander, D.E., 1988, High Oil Corn: Breeding and Nutritional Properties, in: Proceedings of the 43rd Annual Corn und Sorghum Industrial Research Conference, Ss. 97-105; Misevic, D., A. Marie, D.E. Alexander, J. Dumanovic and S. Ratkovic, 1989, Population Cross Diallele Among High Oil Populations of Maize. Crop Sci., 29:613-617). Außerdem wurde beobachtet, daß F2-Körner, die aus den Kreuzungen ölreich X ölarm hervorgehen hinsichtlich des Ölgehaltes, bezogen auf die einzelnen Kerne, eine Sonderstellung einnehmen (Alexander, D. E., 1988, High Oil Corn: Breeding and Nutritional Properties, in: Proceedings of the 43rd Annual Corn und Sorghum Industrial Research Conference, Ss. 97-105). Diese beiden Merkmale stehen mit der Hypothese im Einklang, daß der Ölgehalt in Maissamen oder -körnern durch die Wirkung von mehreren Genen gesteuert wird, von denen jedes einen Teilbeitrag zu dem Öl-Gesamtgehalt leistet.
Da die genetische Heterogenität während der Anfangsphasen der meisten sich wiederholenden Selektionsprogramme hoch gehalten wird, dauert es wesentlich länger, eine landwirtschaftliche Elite-Inzucht aus einem sich wiederholenden Selektionsprogramm als aus einem Programm auf der Grundlage einer Stammbaum-Züchtung zu entwickeln. Derzeit existiert der Großteil des ölreichen Mais als Populationen, die variierende Grade der genetischen Nicht-Uniformität aufweisen. Trotz der Anstrengungen während der letzten 30 Jahre, kommerzielle ölreiche Maisvaritäten durch eine Kombination aus sich wiederholender Selektion und Stammbaum-Züchtung zu entwickeln, wurde nur eine kleine Anzahl von kommerziell erfolgreichen ölreichen Inzuchten erzeugt, und nur eine begrenzte Anzahl von ölreichen Hybridvarietäten wurde kommerziell angebaut.
Die weit verbreitete Erzeugung von ölreichem Mais zur Erfüllung der Bedürfnisse der Geflügelerzeuger, Schweinemäster und der Maismahlindustrie wird nun aufgrund der Einschränkungen der derzeitigen Züchtungsverfahren wesentlich verzögert. Die weit verbreitete Erzeugung würde stark gesteigert werden, falls neue Methoden der Inzucht-Entwicklung gefunden werden würden oder falls neue Hybrid-Erzeugungspraktiken verfügbar wären.
Die Erfindung lehrt ein neues Verfahren zur Erzeugung von Körnermais, der verbesserte Korn-Qualitätsmerkmale enthält, durch kommerzielle Züchter. Das Verfahren führt zur Erzeugung von Körnern mit verbesserten Qualitätsmerkmalen nach der Befruchtung einer ertragreichen Pflanze durch Pflanzen, die die Gene für die verbesserten Korn-Qualitätsmerkmale enthalten. Die Pflanzen, die in einem Korn-Qualitätsmerkmal verbessert sind, die als Befruchter eingesetzt werden, brauchen genetisch nicht homozygot (Inzucht) oder sogar homogen im Aussehen zu sein und brauchen nicht im Hinblick auf die Kombinationseignung mit ertragreichen weiblichen Pflanzen ausgewählt zu werden. Auf diesem Weg wird der züchterische Zeitrahmen zur Erzeugung von Eltern mit kommerziell erfolgreichen verbesserten Korn-Qualitätsmerkmalen wesentlich und drastisch verringert, und die kommerzielle Erzeugung von Körnern mit verbesserten Qualitätsmerkmalen wird stark beschleunigt. Dieses Verfahren katalysiert eine starke Expansion in der Anzahl der verfügbaren landwirtschaftlichen weiblichen Elite-Pflanzen, die zur Erzeugung von Körnern verwendet werden können, die verbesserte Qualtiätsmerkmale umfassen, wodurch der Ertrag und der Erzeugungsbereich der Maisvarietäten, die die verbesserten Qualitätsmerkmale exprimieren, gesteigert werden.
Insbesondere haben wir ein Verfahren zur Erzeugung von Körnermais mit einem verbesserten Korn-Qualitätsmerkmal entwickelt, das die Stufen umfaßt:
(a) statistisches Auspflanzen in ein Feld von
(1) Maissamen einer ertragreichen und landwirtschaftlichen Elite-Hybridvarietät, um weibliche Maispflanzen zu erhalten, bei denen die weiblichen Maispflanzen genetisch männlich steril sind; und
(2) Maissamen einer heterozygoten und heterogenen Varietät, verbessert in einem Korn-Qualitätsmerkmal, wobei die Varietät nichtisogen gegenüber den weiblichen Maispflanzen ist, um Maispflanzen zu erzeugen, die in dem Korn-Qualitätsmerkmal verbessert sind und in der Lage sind, als Befruchter zu dienen;
(b) Ermöglichen, daß die Maispflanzen, die in dem Korn-Qualitätsmerkmal verbessert sind, die weiblichen Maispflanzen befruchten, wobei das Korn-Qualitätsmerkmal in den Maiskörnern auf den weiblichen Maispflanzen durch einen Xenië-Effekt exprimiert wird;
(c) Ernten der resultierenden Maiskörner auf allen Maispflanzen, wodurch ein hoher Ertrag der Maiskörner, die in dem Korn-Qualitätsmerkmal verbessert sind, zur Verwendung als Körner erhalten wird.
Für die Zwecke dieser Anmeldung definieren wir die folgenden Bezeichnungen:
Mais. Jede Varietät, Kultur oder Population von Zea mays L.
Elite. Diese Bezeichnung charakterisiert eine Pflanze oder Varietät, die günstige Merkmale besitzt, wie hoher Ertrag, gute Kornqualität und Krankheitsresistenz, jedoch nicht darauf beschränkt ist. Dies ermöglicht ihre gewinnbringende Verwendung zur kommerziellen Erzeugung von Samen oder Körnern. Die Bezeichnung charakterisiert auch die Eltern, die solche Pflanzen oder Varietäten hervorbringen.
Verbesserte Korn-Qualitätsmerkmale. Dies ist ein Korn-Qualitätsmerkmal, das sich im Ausmaß oder in der Zusammensetzung ausreichend von demjenigen unterscheidet, das in Feldmais vorgefunden wird, um zum kommerziellen Vorteil beizutragen. Die Verbesserung kann entweder eine Zunahme in einer Eigenschaft oder in einem Merkmal umfassen, das als vorteilhaft angesehen wird und zu einem höheren Ausmaß oder Niveau des Merkmals oder zu einer Abnahme in einer Eigenschaft oder einem Merkmal führt, das als nachteilig bezeichnet wird, wodurch es zu einem geringeren Ausmaß oder Niveau dieses Merkmals im Handel kommt.
Weibliche Maispflanze. Eine Maispflanze, die nicht zur Erzeugung und/oder Freisetzung irgendeines funktionsfähigen Pollens in der Lage ist.
Feldmais. Dies sind Mais-Varietäten oder -Kulturen, die intensiv auf großen Anbaugebieten innerhalb eines breiten jedoch definierten geographischen Gebietes zur Erzeugung von Körnern und/oder Viehfutter angebaut werden. Der meiste Feldmais in den USA wird auch als "Zahn"-Mais bezeichnet, wohingegen Feldmais, der in Europa und Argentinien erzeugt worden ist, eher als "Pferde"- oder "Pferde-Zahn"-Mais bezeichnet wird.
Allgemeine Kombinationseignung. Dies ist das Durchschnittsoder Gesamtverhalten eines genetischen Stammes bei einer Serie von Kreuzungen.
Keim. Dies ist der Embryo des Maiskorns und enthält die breite Mehrheit des im Korn vorkommenden Öls.
Körner. Dies umfaßt die reifen Maiskörner, die von kommerziellen Anbauern zur landwirtschaftlichen Verwendung oder zum Verkauf an Kunden erzeugt werden, in beiden Fällen für andere Zwecke als zum Anbau oder zur Reproduktion der Spezies. Typische Kunden umfassen Viehzüchter, Naß- oder Trockenmühlenbetreiber oder Tierfutter-Erzeuger.
Heterozygot. Ein genetischer Zustand, der existiert, wenn unterschiedliche Allele an den entsprechenden Loci auf homologen Chromosomen vorkommen.
Amylosereicher Mais (Maiskorn). Ein Maiskorn, das Stärke enthält, die im Vergleich zu einem amylosearmen Maiskorn erhöhte Gehalte an Amylose umfaßt.
Amylosereicher Mais (Pflanze). Dies ist eine Pflanze, die bei Selbstbefruchtung Körner hervorbringt, die Stärke enthalten, die im Vergleich zu einer amylosearmen Maispflanze erhöhte Gehalte an Amylose umfaßt.
Ölreicher Mais (Maiskorn). Ein Maiskorn, das, bezogen auf eine Trockengewichtsbasis in Prozent, im Vergleich zu ölarmen Maiskörnern erhöhte Gehalte an Öl enthält.
Ölreicher Mais (Pflanze). Dies ist eine Pflanze, die bei Selbstbefruchtung Körner hervorbringt, die im Vergleich zu einer ölarmen Maispflanze, bezogen auf eine Trockengewichtsbasis in Prozent, erhöhte Gehalte an Öl enthalten.
Ölsäurereicher Mais (Pflanze). Dies ist eine Pflanze, die bei Selbstbefruchtung Körner hervorbringt, die ein Öl enthalten, das unter den gesamten Fettsäuren, die in einer ölsäurearmen Maispflanze vorkommen, einen höheren Gewichtsprozentsatz an Ölsäure umfaßt.
Homozygot. Ein genetischer Zustand, der existiert, wenn sich identische Allele an den entsprechenden Loci auf homologen Chromosomen befinden.
Hybrid. Irgendein Nachkomme aus einer Kreuzung zwischen zwei genetisch ungleichen Individuen (Rieger A., A. Michaelis und M.M. Green, 1968, A. Glossary of Genetics and Cytogenetics, Springer-Verlag, New York).
Inzucht. Ein im wesentlichen homozygotes Individuum oder Varietät.
Korn. Dies ist die Maiskaryopse, die teilweise einen reifen Embryo und Endosperm umfaßt, die die Produkte einer doppelten Befruchtung sind. Auch Maisfrucht.
Amylosearmer Mais (Naiskorn). Dies ist ein Korn, das Stärke enthält, die auf einer Gewichtsbasis ungefähr 20-25 % Amylose enthält.
Amylosearmer Mais (Pflanze). Dies ist eine Pflanze, die bei Selbstbefruchtung Körner hervorbringt, die Stärke enthalten, die auf einer Gewichtsbasis ungefähr 20-25 % Amylose umfaßt.
Ölarmer Mais (Maiskorn). Körner, die auf einer Trockengewichtsbasis Öl im Bereich von etwa 2,5 bis 5,1 % enthalten.
Ölarmer Mais (Pflanze). Dies ist eine Pflanze, die bei Selbstbefruchtung Körner hervorbringt, die auf einer Trockengewichtsbasis Ölgehalte im Bereich von etwa 2,5 bis 5,1 % enthalten. Dieser Ölgehalt ist typisch für einen breiten Bereich von Feldmais-Inzuchten und -Hybriden.
Ölsäurearmer Mais (Pflanze). Dies ist eine Pflanze, die bei Selbstbefruchtung Körner hervorbringt, die ein Öl enthalten, in dem, bezogen auf das Gewicht, die Ölsäure 30 % oder weniger der gesamten Fettsäuren ausmacht.
Mais. Dies ist irgendeine Varietät, Kultur oder Population von Zea mays L.
Männlich steril. Dies ist eine Pflanze(n), die als Folge des Einbaus einer genetischen Sterilität nicht in der Lage ist, funktionsfähigen Pollen zu erzeugen.
Nichtisogen. Ein Zustand einer genetischen Unähnlichkeit zwischen Individuen, Inzuchten, Hybriden oder Varietäten, der erhalten wird, wenn ihre genetischen Kern-Komplemente weniger als 87 % statische Ähnlichkeit besitzen. Die Nichtisogenität kann beispielsweise durch Rückkreuzung einer Varietät wenigstens dreimal mit einem verwendeten Eiter, das selbst genetisch homogen oder ingezüchtet ist, verringert werden.
Eizelle. Dies ist eine Struktur, bestehend aus weiblichem Fortpflanzungsgewebe, umgeben von mütterlichem Gewebe. Während der Entwicklung einer Maispflanze enthält die Eizelle gegebenenfalls einen haploiden Ei-Zellkern und zwei haploide polare Zellkerne. Im Anschluß an die Verschmelzung mit dem Spermium-Zellkern, der im Pollen vorkommt, entwickelt sich die Eizelle zum reifen Maiskorn.
Prozent (%) Amylose. Dies ist die Konzentration an Amylose, die in der Stärke vorkommt, die aus den Maiskörnern extrahiert wird, bezogen auf eine Trockengewichtsbasis.
Prozent (%) Lysin. Dies ist die Konzentration an Lysin, die in einem Maiskorn vorkommt, bezogen auf eine Trockengewichtsbasis.
Prozent (%) Olein(säure). Dies ist die Konzentration an Ölsäure, bezogen auf eine Trockengewichtsbasis, die in dem Öl vorkommt, das aus Maiskörnern extrahiert wird.
Prozent (%) Öl. Dies die Ölkonzentration eines Maiskorns, bezogen auf eine Trockengewichtsbasis.
Prozent (%) Protein. Dies ist die Protein-Gesamtkonzentration eines Maiskorns, bezogen auf eine Trockengewichtsbasis.
Pollen. In Mais ist dies eine Struktur, die letzten Endes die beiden haploiden Spermium-Zellkerne enthält, die mit dem Ei- Zellkern und den polaren Zellkernen, die in der Eizelle vorkommen, verschmelzen, damit der Embryo und das Endosperm des reifen Maiskorns entstehen.
Population. Dies ist eine genetisch heterogene Ansammlung von Pflanzen mit einer gemeinsamen genetischen Herkunft.
Korn-Qualitätsmerkmal. Dies ist ein Merkmal von Getreide, das von kommerziellem Wert ist. Solche Merkmale beziehen sich auf die vorübergehende oder End-Verwendung von Getreide und umfassen die Quantität oder Qualität von Öl, Protein, Stärke, Pigmentierung und Faser, die in dem Maisgetreide vorkommen, sind jedoch nicht darauf beschränkt. Solche Merkmale umfassen auch die physikalischen Merkmale des Korns selbst, wie die Korntextur, Größe oder Härte u.a. Bestimmte von diesen kompositionellen oder physikalischen Merkmalen von Getreide korrelieren mit den funktionellen Merkmalen, die ebenso von kommerzieller Bedeutung sind, wie u.a. die Empfindlichkeit von Getreide gegenüber Bruch und Verderb.
Samen. Dies ist der reife Körnermais, der zum Zweck der Vermehrung der Spezies erzeugt wird. Alternativ ist es ein Körnermais, der üblicherweise an die kommerziellen Maiserzeuger oder -anbauer verkauft wird.
Spezifische Kombinationseignung. Dies ist das Verhalten von spezifischen Kombinationen genetischer Stämme bei Kreuzungen in Relation zu dem durchschnittlichen Verhalten von allen Kombinationen.
Synthese (Population). Dies ist eine genetisch heterogene Ansammlung von Pflanzen bekannter Abstammung, erzeugt durch die Paarung irgendeiner Kombination von Inzuchten, Hybriden, Varietäten, Populationen, Rassen oder anderen Synthesen.
Varietät oder Kultur. Dies ist eine Gruppe von ähnlichen Pflanzen, die durch strukturelle Merkmale und das Verhalten von anderen Varietäten innerhalb derselben Spezies unterschieden werden können.
Das Maiskorn ist ein Produkt der doppelten Befruchtung (Kiesselbach, T.A., 1980, The Structure and Reproduction of Corn, University of Nebraska Press). Dies bedeutet, daß sowohl der diploide Embryo (der den Keim und den Sämling hervorbringt) als auch das triploide Endosperm (die Nährstruktur, die den Keim umgibt) Gene enthalten, die sowohl von den männlichen als auch weiblichen Eltern übertragen werden. Dennoch sind die Gene, die die Korn-Zusammensetzung und -Qualität beeinflussen, bei den meisten Feldmais-Inzuchten ähnlich genug, daß das Kreuzen irgendeiner gegebenen weiblichen Pflanze mit einer großen Varietät von männlichen Pflanzen nicht zu drastischen Änderungen in den kompositionellen oder qualitativen Charakteristika des resultierenden Samens oder Korns führt. Ebenso beeinträchtigt in den meisten Fällen das gemeinsame Auspflanzen unterschiedlicher Feldmais-Hybride in Befruchtungsnähe miteinander nicht die Qualität der von jedem Typ geernteten Körner.
Im Gegensatz dazu enthält eine Minderheit von kommerziellen Mais-Inzuchten oder -Hybriden doch Gene, die die Kornqualität wesentlich ändern. Diese Hybride, wie diejenigen, die die Wachs-Gene enthalten, müssen aus den normalen Nichtwachs- Mais-Inzuchten oder -Hybriden isoliert werden, um Wachs-Samen oder -Körner zu gewinnen. Falls ein Nichtwachs-Pollenkorn (wie es in den meisten Feldmais-Inzuchten und -Hybriden vorkommt) eine Eizelle befruchtet, die von einer Wachs-Inzucht oder einem -Hybrid getragen wird, ist das resultierende Korn kein Wachs-Mais, obwohl die nebeneinanderliegenden Körner auf derselben Ähre, die von Wachs-Pollen befruchtet worden sind, wachsartig bleiben. Dieser unmittelbare Effekt des Pollengenotyps auf die Korn-Merkmale wird als "Xenië" bezeichnet (Rieger, R., A. Michaelis und MM. Green, 1968, A Glossary of Genetics and Cytogenetics, Springer-Verlag, New York), und die Hybridnatur solcher Körner ist an bestimmten phänotypischen Merkmale (Farbe, Form, Größe etc.) erkennbar, die auf den direkten Einfluß zurückgehen, der von dem Genotyp des Pollens ausgeübt wird.
Dieser unmittelbare Effekt des Pollen-Genotyps auf die Kornqualität wurde mit Pollen beobachtet, der aus ölreichen Maispflanzen erhalten wurde (Alexander, D.E. und R.J. Lambert, 1968, Relationship of Kernel Oil Content to Yield in Maize Crop Science 8:272-274). Außerdem kann eine Xenië für mehrere andere Korn-Qualitätsmerkmale beobachtet werden, einschließlich Proteinquantität, Proteinqualität, Ölqualität, Stärkequalität, Kornpigmentierung und Kornhärte, sie ist jedoch nicht darauf beschränkt. Wir sind in der Lage eine Xenië für mehrere andere Korn-Qualitätsmerkmale, die nicht spezifisch aufgeführt sind, recht gut zu beobachten. Wir haben diese Beobachtung ausgedehnt, um sie zu einer geeigneten Methode zur Erzeugung von Körnermais mit verbesserten Korn-Qualitätsmerkmalen zu entwickeln.
Die Erfindung wird außerdem in den folgenden Beispielen definiert, in denen bestimmte Teile und Prozentangaben auf eine Trockengewichtsbasis bezogen sind und die Temperaturen in Celsius-Graden angegeben sind, wenn nicht anders angegeben. Es sollte selbstverständlich sein, daß diese Beispiele, obschon sie die bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung angeben, nur zur Erläuterung angegeben sind.

BEISPIEL 1

Beweis, daß Körner, die auf ölarmen Mais-Inzuchten entstehen, die von ölreichen männlichen Maispflanzen befruchtet worden sind, selbst ölreich sind

Während des Sommers 1989 wurden im Stine-Haskell-Forschungszentrum der Firma Du Pont In Newark, Delaware, ölarme Inzuchten und ölreiche Befruchter angebaut. Die als weiblich verwendeten ölarmen Pflanzen waren entweder homozygot für die rezessiven Gene Wachs (wx), opaque-2 (o2) oder trugen die normalen Allele auf diesen Loci (keine Bezeichnung). Seiden, die auf den Ähren dieser Pflanzen auftauchten, wurden per Hand mit frischem Pollen von ölreichen Pflanzen befruchtet, die entweder ölreiche Mais-Inzuchten (AEC27-2 56), teilweise ingezüchtete ölreiche Mais-Linien (UHOC3-41, S3; UHOC3-131 S3; UHOC3-168 S3), Individuen von einer ölreichen synthetischen Population (ASKC28) oder Individuen von einer ölreichen Maisvarietät (IHO) waren. Die Befruchtung umfaßte das Umhüllen mit Beuteln der unreifen Ähren, um eine Verunreinigung durch umherfliegenden Pollen zu verhindern, und das Sammeln von frischem Pollen in Beuteln für die Narbenfäden, wie es in der Züchtungstechnik gut bekannt ist. Die Hybridkörner, die auf diesen Ähren entstanden, wurden reif geerntet und getrocknet. Die Masse der Körner auf jeder Ähre wurden einer quantitativen Intaktkorn-Ölanalyse durch nahe Infrarot- Transmissionsspektrophotometrie unterzogen. (Williams, P.C., 1987, Commercial Near Infrared Reflectance Instrumentation, in: Near Infrared Technology in the Agricultural and Food Industries; Williams, P.C. und C. Norris, Hrsg., American Association of Cereal Chemists). Die Ölwerte wurden auf Feuchtigkeit korrigiert und sind in Prozent, bezogen auf das Korn-Trockengewicht, angegeben. Die Durchschnittswerte von Vater und Mutter wurden als Durchschnitt der Ölwerte berechnet, die in selbstbefruchteten Körnern, die auf den männlichen und weiblichen Geschwisterpflanzen entstehen, vorkommen. TABELLE 1 TABELLE 1 (Fortsetzung)
* = Ölgehalt des Eltersamens, zu weiblich
§ = Prozent Zunahme in der Ölkonzentration gegenuber weiblich
Wie in Tabelle 1 gezeigt, enthalten Körner, die aus Kreuzungen, zwischen einer Anzahl von ölarmen ingezüchteten Mais- Linien und ölreichen Maispflanzen hervorgehen immer Ölgehalte, die deutlich höher sind als sie in den ölarmen Inzuchten selbst vorkommen.
In den meisten Fällen nimmt die Ölkonzentration der Hybridkörner zu, wenn die Ölkonzentration in der ölreichen Varietät, die als Befruchter dient, zunimmt. Diese Zunahme in der Ölkonzentration in den Hybridkörnern ist im Vergleich zu der Ölkonzentration der ölarmen Ausgangsinzucht in allen Fällen dramatisch, in denen eine ölreiche Ausgangsvarietät als Befruchter verwendet wird. Dies trifft zu, gleich ob die ölreichen Maispflanzen, die als Befruchter dienen, Inzuchten, Glieder in einer teilweisen Inzuchtlinie, Glieder einer synthetischen Population oder eine ölreiche Varietät umfassen oder nicht. Die Zunahme im Ölgehalt der Hybridkörner ist besonders offensichtlich, wenn ASKC28 als Befruchter verwendet wird, in welchem Falle routinemäßig Zunahmen im Ölgehalt über 100 % über dem ölarmen Elter vorkommen; in einem Falle wurde eine Zunahme weit über 200 % beobachtet
Hybridkörner, die aus Befruchtungen hervorgehen, die IHO umfassen, scheinen im Ölgehalt ungewöhnlich niedrig zu sein, wie bewiesen durch ihre niedrigen Durchschnittswerte von Vater und Mutter in Prozent. Dies kann auf der Tatsache beruhen, daß sich IHO genealogisch von den anderen ölreichen Befruchtern unterscheidet und daher Gene enthalten kann, die sich unterschiedlich zu den anderen in diesem Beispiel eingesetzten ölreichen Befruchtern verhalten.
Die Inzuchten LH51, B73, LH51 wx, B73 HAT wx, LH74 wx und LH 82 wx sind von der Firma Holden Foundation Seed, Williamsburg, Iowa, käuflich erhältlich. Diejenigen, die als Mo17, Mo17 wx, B73 wx, Oh43 wx, A632 wx und Mo17 o2 bezeichnet werden, sind von der Maize Genetics Coop, University of Illinois Agronomy Department, University of Illinois, Urbana, IL, erhältlich.

BEISPIEL 2

Beweis, daß Körner, die auf ölarmen Maishybriden entstehen, die mit ölreichen Mais-Inzuchten befruchtet worden sind, und Körner, die auf ölreichen Maishybriden entstehen, die entweder mit ölarmen oder ölreichen Mais-Inzuchten befruchtet worden sind, selbst ölreich sind

Während des Sommers 1989 wurden in El Paso, Illinois, ölarme oder ölreiche Inzuchten und Hybride angebaut. Mehrere ölarme [Pioneer 3377, Pioneer 3379, Pfister 2995] und ölreiche [X124, KERNOIL -4, X122, X326 und X327] Maishybride wurden als weiblich verwendet und per Hand mit Pollen befruchtet, der entweder von einer ölarmen (LH123) oder ölreichen (LP11) Inzucht stammt. Die manuellen Befruchtungen wurden durchgeführt, indem die den Züchtern gut bekannten Prozeduren befolgt wurden. Hybridkörner, die auf diesen Ähren entstanden, wurden, wenn sie reif waren, ährenweise geerntet und getrocknet. Die Masse der Körner von jeder Ähre, die der Ölanalyse unterzogen wurde, wurde bis auf weniger als 8 % Feuchtigkeit getrocknet. Der Ölgehalt der intakten Körner wurde durch Breitlinien-NMR-Spektroskopie bestimmt (Alexander, D.E., L. Silvela, F.I. Collins und R.C. Rodgers, 1967, Analysis of Oil Content of Maize by Wide Line NMR, J. Am. Oil Chem. Soc., 44:555-558) und die Ölkonzentration bezogen auf das Trockengewicht in Prozent ausgedrückt. TABELLE 2
§ = Prozent Zunahme in der Ölkonzentration gegenüber weiblich. Die negativen Zunahmen in Klammern sind Abnahmen.
Die Daten in Tabelle 2 zeigen, daß der Xenië-Effekt für den Ölgehalt nicht auf Kreuzungen beschränkt war, die nur Inzuchtlinien als weiblich verwendeten. Der Ölgehalt der Hybridkörner, die aus Kreuzungen zwischen entweder ölreichen oder ölarmen Hybriden (als weiblich verwendet) und ölreichen Inzuchtvarietäten, die als Befruchter dienten, entstanden sind, sind selbst ölreich. Gleichermaßen sind Körner, die aus Kreuzungen zwischen einer ölreichen weiblichen Hybride und einer ölarmen männlichen Inzucht entstanden sind, ebenfalls ölreich, obwohl in diesem Falle der Ölgehalt der Hybridkörner geringer war als derjenige des ölreichen weiblichen Elters.
Kreuzungen zwischen ölarmen Hybriden und ölarmen Inzuchten führten zu Körnern mit geringem Ölgehalt.
Bei allen Kombinationen, die wenigstens ein ölreiches Elter umfaßten, reichte der Ölgehalt der Körner, die auf den weiblichen Pflanzen geerntet wurden, an den Durchschnittswert von Vater und Mutter heran. Somit sind, falls eine weibliche ölreiche Hybride als Elter bei einer Kreuzung eingesetzt wird, die resultierenden Hybridkörner, die nach der Befruchtung mit einer Inzuchtpflanze entstehen, ebenfalls ölreich.
Pioneer 3377 und 3379 sind von der Firma Pioneer Hybrids, Johnston City, Iowa, käuflich erhältlich. Pfister 2995, Kernoil -4 und Kernoil -8 sind von der Firma Pfister Hybrids, El Paso, Illinois, käuflich erhältlich.

BEISPIEL 3

Beweis, daß Körner, die auf ölarmen Maishybriden entstehen, die mit Hybriden von vergrößertem älgehalt befruchtet worden sind, eine deutliche Zunahme an Öl zeigen

Körner von der ölarmen Hybride Pfister 3450 und mehreren Hybriden [X121, X325, X326, X327, X338 und X354], die ölreich sind, wenn sie in den zentralen Maisanbaugebieten der USA angebaut werden, wurden auf ein Feld in der Nähe von Rosario, Argentinien, im Oktober 1989 ausgesät und während der kommenden Saison wachsen gelassen. Die Befruchtungen per Hand unter diesen Varietäten wurde durch die Prozeduren, die den Züchtern gut bekannt sind, durchgeführt. Die Hybridkörner, die auf diesen Ähren entstanden, wurden ährenweise geerntet, wenn sie reif waren, und getrocknet. Die Masse der Körner auf jeder Ähre wurden mittels naher Infrarot-Transmissionsspektrophotometrie der quantitativen Intaktkorn-Ölanalyse unterworf en. Die Ölwerte wurden auf Feuchtigkeit korrigiert und bezüglich einer Korn-Trockengewichtsbasis in Prozent angegeben. Der Durchschnittswert von Vater und Mutter wurden als Durchschnitt der Ölwerte berechnet, die in den selbstbefruchteten Körnern gefunden worden waren, die auf den männlichen und weiblichen Geschwisterpflanzen entstanden sind. TABELLE 3
§ = Prozent Zunahme in der Ölkonzentration gegenüber weiblich
Wie in Tabelle 3 gezeigt, verhielten sich mehrere der Hybride, von denen bekannt war, daß sie ölreich exprimieren, wenn sie im Maisgürtel der USA abgebaut werden, in diesem Test in Argentinien nicht so (X325, X338, X326, X327), obwohl sich X354 und X121 in diesem Test als ölreiche Hybride klassifizierten. Dennoch war in dieser Umgebung der Ölgehalt der als Befruchter eingesetzten Hybride wesentlich höher als der Ölgehalt der als weiblich eingesetzten Hybridvarietät. Die Hybridkörner, die aus diesen Kreuzungen gewonnen wurden, zeigten wiederum Ölgehalte bei oder oberhalb ihrer Durchschnittswerte von Vater und Mutter. Dies zeigte, daß ein Xenië-Effekt für eine Ölquantität offensichtlich ist, wenn eine Hybride mit geringem Ölgehalt mit einer Varietät von Hybriden befruchtet wird, die Ölgehalte wesentlich über denjenigen der als weiblich eingesetzten Hybride enthalten. Pfister 3450 ist von der Firma Pfister Hybrids, El Paso, Illinois, käuflich erhältlich.

BEISPIEL 4

Beweis, daß Körner, die auf einer ölarmen Maishybride entstehen, die offen von Pflanzen befruchtet wurde, die eine ölreiche synthetische Maispopulation umfassen, selbst ölreich sind

Während des Sommers 1990 wurde in Humboldt, Iowa, ein großes Forschungsexperiment durchgeführt, um die Ausbeute und Qualität von Körnern zu prüfen, die auf Ähren entstanden sind, die von einer männlich sterilen nach einer Befruchtung durch den ölreichen Befruchter ASKC28 getragen werden. Die experimentellen Behandlungen bestanden aus Blöcken, die verschiedene Populationen der ölarmen männlichen sterilen Hybride Pfister 3000ms enthielten, unter die eine konstante Population der männlich fruchtbaren ölreichen synthetischen Population ASKC28 gepflanzt worden war. Um die Unterscheidung dieser beiden Pflanzenvarietäten während des Pollenflugs und bei der Ernte zu erleichtern, wurde ASKC28-Samen einige Inch seitlich von jeder Reihe, die 3000ms enthielt, ausgepflanzt. Prüfparzellen wurden mit variierenden Konzentrationen der ölarmen männlich fruchtbaren Hybride Pfister 3000 (eine Mischung von 50 % Pfister 3000 männlich fruchtbaren und Pfister 3000 männlich sterilen (ms) Pflanzen) allein ausgepflanzt. Pfister 3000 und Pfister 3000ms sind isogen, und es wird erwartet, daß sie sich bezüglich Ausbeute und Kornqualität ähnlich verhalten. Das Experiment besaß einen statistischen vollständigen Blockaufbau mit vier Wiederholungen pro Behandlung. Um das Umherfliegen von Pollen zwischen den Blöcken zu minimieren, wurde jeder Block an allen Seiten mit 100 Fuß Pfister 3000ms umgeben.
Die Körner auf allen Pflanzen entstanden durch offene Befruchtung. Da Pfister 3000ms männlich steril ist und wenig oder keinen Pollen abwirft, werden Körner, die auf Ähren entstanden sind, die entweder von ASKC28- oder Pfister- 3000ms-Pflanzen getragen werden, in der Mehrheit der Fälle als nach einer Befruchtung durch ASKC28-Pollen entstanden betrachtet. Als sie reif waren, wurden mehrere Ähren von jeder Wiederholung einer jeden Behandlung getrennt geerntet, auf der Ähre getrocknet, von den Ähren genommen und die Körner von jeweils einer Wiederholung einer jeden Behandlung zusammengeschüttet. Die Öl-Gesamtkonzentration der von den Ähren genommenen Körner wurde gravimetrisch gemäß der Methode 920.39 der Association of Official Analytical Chemists bestimmt und wird überall in diesem Beispiel in Prozent auf Trockenmassebasis angegeben. TABELLE 4 Populationsdichte§
§ Pflanzen/Morgen
* Die restlichen 16 000 (a), 20 000 (b) oder 24 000 Pflanzen waren Pfister 3000ms.
Der Ölgehalt der Körner, die von den Ähren der ölarmen Hybride Pfister 3000 und der ölreichen synthetischen ASKC28 erhalten wurden, sind in Tabelle 4 aufgeführt. Körner, die im Anschluß an die offene Geschwisterbefruchtung durch ASKC28 auf ASKC28-Ähren entstehen, zeigten bei allen getesteten Pflanzenpopulationsdichten deutlich höhere Ölgehalte als es bei den Körnern der Fall war, die auf der Pfister-3000-Hybride (offen befruchtet mit Pfister-3000-Pollen) entstanden. TABELLE 5
§ = Prozent Zunahme in der Ölkonzentration gegenüber weiblich
* = nicht berechnet
Der Ölgehalt der Körner, die auf mit ASKC28-Pollen befruchteten Pfister-3000ms-Pflanzen entstehen, ist in Tabelle 5 angegeben. Bei Pflanzenpopulationsgesamtdichten von 24 000, 28 000 und 32 000 Pflanzen pro Morgen zeigten diese Körner eine deutlich höhere Ölkonzentration als sie in Körnern gefunden wurde, die auf den offen befruchteten männlich fruchtbaren Hybridpflanzen Pfister 3000 bei ähnlichen oder niedrigeren Pflanzengesamtdichten entstanden sind. Beispielsweise beträgt bei einer Pflanzengesamtdichte von 24 000 Pflanzen/Morgen der Ölgesamtgehalt der Körner, die von Pfister-3000ms-Pflanzen getragen werden (befruchtet mit ASKC28), 11,1 %, eine Zunahme von 149 % gegenüber dem Ölgehalt der offen befruchteten männlich fruchtbaren Pflanzen Pfister 3000 (4,46 %). Diese Dichte kommt an diejenige heran, die üblicherweise von kommerziellen Anbauern auf den sehr fruchtbaren Flächen des Maisgürtels der USA eingesetzt wird.
Schließlich kann die maximal erhaltbare Ölkonzentration in den Körnern, die auf Pfister 3000ms im Anschluß an die Befruchtung durch ASKC28 entstehen, höher sein als in diesem Beispiel bestimmt, da jegliche Pollenverunreinigung aufgrund einer unvollständigen Sterilität in Pfister 3000ms zu einer Verminderung der Ölkonzentration in den Körnern führen würde, die von Pfister-3000ms-Pflanzen geerntet werden. Zusammengenommen zeigen die Daten in Tabelle 4 und Tabelle 5 klar einen Xenië-Effekt für den Ölgehalt der Hybridkörner, die nach einer Befruchtung der ölarmen Pfister 3000ms durch ASKC28 entstehen.
Pfister 3000 und Pfister 3000ms sind von Pfister Hybrids, El Paso, Illinois, käuflich erhältlich.

BEISPIEL 5

Beweis, daß die Körner, die auf Mais-Inzuchten mit niedrigem Ölsäuregehalt entstehen, die mit Mais-Inzuchten mit hohem Ölsäuregehalt gekreuzt worden sind, selbst ölsäurereich sind
Mais-Inzuchten oder Inzuchtlinien, die entweder hohe oder niedrige Konzentrationen an Ölsäure in den Körnern aufweisen, die nach einer Selbstbefruchtung erhalten worden waren, wurden im November 1990 und 1991 in Molokai, Hawaii, oder im Sommer 1990 im Stine-Haskell-Forschungszentrum der Firma Du Pont in Newark, Delaware, angepflanzt. Diese Linien wurden per Hand selbst-, geschwister- oder kreuzbefruchtet, indem die den Züchtern gut bekannten Methoden, wie in allgemeiner Form in Beispiel 1 ausgeführt, befolgt wurden. Die Ähren wurden, als sie reif waren von Hand geerntet, getrocknet und von den Körnern befreit.
Um den Ölsäuregehalt des Öls in den Maiskörnern zu bestimmen, wurde das Öl aus den gemahlenen Körnern entweder durch Hexan- oder Chloroform-Extraktion gewonnen und mit Natriummethoxid behandelt. Die resultierenden Fettsäuremethylester wurden durch Kapillargaschromatographie aufgetrennt. In diesem Beispiel wird der Ölsäuregehalt als Prozentsatz des Fettsäure gesamtgehaltes des Ölextraktes angegeben. TABELLE 6
§ = Prozent Zunahme in der Ölsäurekonzentration gegenüber weiblich
Wie in Tabelle 6 gezeigt, enthielten Hybridkörner, die aus der Befruchtung der ölsäurearmen Inzuchten B73 oder LH51 mit Pollen, erhalten von den ölsäurereichen Inzuchten Na35, LH24 und B73o1, hervorgingen, deutlich höhere Ölsäuregehalte als diejenigen, die nach einer Selbst- oder Geschwisterbefruchtung der ölsäurearmen ingezüchteten Eltern selbst erhalten worden waren.
Diese Daten zeigen einen deutlichen Xenië-Effekt für den Ölsäuregehalt in Prozent des Öls, das in den Hybridkörnern nach einer Befruchtung einer ölsäurearmen Maislinie durch eine ölsäurereiche Maislinie erzeugt worden ist.
Die Inzucht Va35 ist der Allgemeinheit über das Agronomy Department, Virginia Tech University, Blacksburg, VA, zugänglich. Die Inzucht. B73 ist weithin erhältlich, insbesondere von dem Iowa State Univerisity Agronomy Department, Ames, Iowa. Die Inzucht LH24 ist von der Firma Holdens Foundation Seeds, Williamsburg, IA, käuflich erhältlich.

BEISPIEL 6

Beweis, daß Körner, die auf einer proteinärmeren Maishybride entstanden sind, die durch die Glieder einer proteinreicheren synthetischen Maispopulation offen befruchtet worden ist, selbst proteinreicher sind

Körner, die auf der ölreichen synthetischen ASKC28 und den ölarmen Hybriden Pfister 3000 und Pfister 3000ms in dem in Beispiel 4 beschriebenen Experiment erzeugt worden waren, wurden durch eine Modifikation des Kjeldhal-Verfahrens, das in Methode 988.05 der Association of Official Analytical Chemists beschrieben ist, auf die Proteingesamtkonzentration analysiert. In diesem Experiment wird der Proteingehalt der Maiskörner in Prozent auf Trockengewichtsbasis angegeben. TABELLE 7 Populationsdichte§
§ Pflanzen/Morgen
* Die restlichen 16 000 (a) , 20 000 (b) oder 24 000 (c) Pflanzen waren Pfister 3000ms.
Der Proteingehalt der Körner, die auf den Ähren der Hybride Pfister 3000 nach einer offenen Befruchtung entstehen, und der Proteingehalt der Körner, die nach einer offenen Befruchtung auf ASKC28 entstehen, sind in Tabelle 7 angegeben.
Bei einer Geschwister-Befruchtung zeigten bei allen getesteten Pflanzen-Populationsdichten die Körner, die auf den offen befruchteten ASKC28-Ähren entstanden sind, deutlich höhere Proteingehalte als Körner, die auf der Hybride Pfister 3000 entstanden sind. TABELLE 8
Der Proteingehalt der Körner, die auf Pfister-3000ms-Pflanzen, die mit ASKC28 befruchtet worden sind, entstehen, ist in Tabelle 8 angegeben. Bei Pflanzenpopulationsgesamtdichten von 24 000, 28 000 und 32 000 Pflanzen pro Morgen zeigten diese Körner eine deutlich höhere Proteinkonzentration als diejenige, die in Körnern gefunden wurde, die bei ähnlichen Pflanzengesamtdichten auf offen befruchteten Pfister-3000- Hybridpflanzen entstehen (Tabelle 7). Dieser Unterschied wird am deutlichsten gesehen bei einer Pflanzengesamtdichte von 24 000/Morgen, wo der Proteingehalt der Körner, die auf Pfister-3000ms-Pflanzen (befruchtet durch ASKC28) entstehen, deutlich höher (10,22 %) ist als derjenige, der auf offen befruchteten Pfister-3000-Pflanzen vorkommt (8,84 %). Diese Pflanzdichte entspricht derjenigen, die von den kommerziellen Anbauern für viele Maishybride auf den äußerst fruchtbaren Anbauflächen im USA-Maisgürtel üblicherweise eingesetzt wird.
Der Proteingehalt von Maiskörnern ist gegen viele Faktoren empfindlich, einschließlich Populationsdichte und Bodenfruchtbarkeit, jedoch nicht darauf beschränkt. Tabelle 7 zeigt beispielsweise, daß der Proteingehalt von Körnern, die auf Pfister 3000 durch offene Befruchtung entstehen, im allgemeinen mit abnehmender Populationsdichte über den getesteten Bereich zunimmt. Der Proteingehalt von Körnern, die durch offene Befruchtung auf Pfister 3000 entstehen (9,95 %), nähert sich jedoch nur bei der niedrigsten getesteten Populationsdichte, 14 000 Pflanzen/Morgen, demjenigen von Körnern, die auf Pfister 3000ms, befruchtet mit ASKC28, entstehen. Dies ist wesentlich niedriger als die Pflanzdichte, die üblicherweise von den kommerziellen Anbauern für viele Maishybride auf den äußerst fruchtbaren Anbauflächen des USA- Maisgürtels eingesetzt wird. Es ist wahrscheinlich, daß der Proteingehalt von Körnern, die nach einer Befruchtung durch ASKC28 auf Pfister 3000ms entstehen, unter den Bedingungen, bei denen die beiden Varietäten bis zu einer Populationsgesamtdichte von 14 000 Pflanzen/Morgen miteinander ausgepflanzt wurden, höher ist als 9,95 %.
Schließlich kann die erhaltbare maximale Proteinkonzentration in den Körnern, die auf Pfister 3000ms nach einer Befruchtung durch ASKC28 entstehen, höher sein als in diesem Beispiel bestimmt, da jede Pollenverunreinigung aufgrund einer unvollständigen Sterilität in Pfister 3000ms zu einer Erniedrigung der Proteinkonzentration in den Körnern, die von den Pfister-3000ms-Pflanzen geerntet werden, führt.
Zusammengenommen unterstützen die in Tabelle 7 und Tabelle 8 präsentierten Daten deutlich einen Xenië-Effekt für den Proteingehalt in Hybridkörnern, die nach einer Befruchtung von Pfister 3000ms mit Pollen, der von ASKC28 erzeugt worden ist, entstehen.
Pfister 3000 und Pfister 3000ms sind von der Firma Pfister Hybrids, El Paso, Illinois, käuflich erhältlich.

BEISPIEL 7

Beweis, daß Körner, die auf einer lysinärmeren Maishybride entstehen, die durch Glieder einer lysinreicheren synthetischen Maispopulation befruchtet worden sind, selbst lysinreicher sind

Die ölarmen Hybride Pfister 3000 und Pfister 3000ms und die ölreiche synthetische Population ASKC28 wurden 1990 in der Experimentierparzelle, die in Beispiel 4 zuvor beschrieben worden ist, in Humboldt, Iowa angebaut. Eine Forschungsparzelle von ähnlichem Aufbau wurde auch in Oran, Missouri, während des Sommers im Jahre 1990 bepflanzt. Die Hybride [LH199 X ASKC28] wurde bei diesem Experiment als zusätzlicher Befruchter eingesetzt. An beiden Orten wurden die Körner, die auf Pfister 3000, Pfister 3000ms, ASKC28 und [LH119 X ASKC28] entstehtanden sind, zusammengeschüttet.
Die Lysinkonzentration der Körner wurde bestimmt, indem die Aminosäuren, die nach einem Aminosäureabbau des entfetteten Mehls erhalten worden waren, durch Hochleistungsflüssigkeitschromatographie, aufgetrennt wurden. Die einzelnen Aminosäuren wurden durch Nach-Säulen-Derivatisierung mit Ninhydrin aufgelöst. In diesem Beispiel wird der Lysingehalt der Körner in Prozent auf der Basis des Trockengewichtes angegeben. Der Lysingehalt der Körner, die auf Pfister 3000 und ASKC28 entstehen, wurde nach einer offenen Befruchtung in Isolation einer jeden Varietät bestimmt. Der Lysingehalt der Hybridkörner steht in Beziehung zu demjenigen, der nach einer offenen Befruchtung von Pfister 3000ms mit Pollen, der auf ASKC28- oder [LH119 X ASKC28]-Pflanzen entstanden ist, verwirklicht wurde. TABELLE 9 Oran, Missouri
§ = Prozent Zunahme in der Ölkonzentration gegenüber weiblich TABELLE 10 Humboldt, Iowa
§ = Prozent Zunahme in der Ölkonzentration gegenüber weiblich
Die Tabellen 9 und 10 zeigen, daß die Körner, die nach einer offenen Befruchtung von Pfister 3000 erhalten worden sind, 0,194 bis 0,235 % Lysin enthalten, was typisch ist für die Lysingehalte der meisten Maishybride, die im USA-Maisgürtel angebaut werden. Im Gegensatz dazu enthalten ASKC28 und [LH119 X ASKC28] beide wesentlich höhere Gehalte an Lysin als Pfister 3000. Die Hybridkörner, die auf Pfister 3000ms nach einer offenen Befruchtung entweder mit ASKC28- oder [LH119 x ASKC28]-Pollen entstanden sind, enthalten ebenfalls einen deutlich höheren Lysingehalt als die Körner, die auf Pfister 3000 durch offene Befruchtung entstanden sind. Zusammengenommen unterstützen die Daten in Tabelle 9 und Tabelle 10 deutlich einen Xenië-Effekt für die Lysinkonzentration.
Pfister 3000 und Pfister 3000ms sind von Pfister Hybrids, El Paso, Illinois, käuflich erhältlich.

BEISPIEL 8

Beweis, daß Körner, die auf einer amylosearmen Maisvarietät entstehen, die mit einer amylosereichen Varietät befruchtet worden ist, selbst amylosereich ist

Maiskörner enthalten typischerweise Stärke, die aus ungefähr 75 bis 80 % Amylopectin und ungefähr 20 bis 25 % Amylose besteht. Von vielen Genen ist derzeit bekannt, daß sie entweder den Stärkegehalt der Maiskörner, die Zusammensetzung dieser Stärke oder beides beeinflussen. Beispielsweise ist Ae-5180 ein Maisgen, das Maispflanzen, die dieses Gen enthalten, dazu veranlaßt, Stärke mit einem Amylosegehalt von bis zu 72 % produzieren. Da dieser hohe Amylosegehalt sogar in dem Falle vorkommt, in dem die amylosereiche Pflanze nur eine Kopie von Ae-5180 enthält (Plant Biotechnology, Februar 1991, Office of Biotechnology, Iowa State University, Ames, Iowa), zeigt der Pollen von Pflanzen, die Ae-5180 enthalten, eine Xenië für den Amylosegehalt in Prozent, der in Maiskörnern verwirklicht ist, die auf weiblichen Maispflanzen entstehen.
Die weiblichen Maispflanzen, seien es Inzuchten, Hybride, Glieder synthetischer oder natürlicher Populationen oder irgendwelche anderen Maisvarietäten, werden von amylosereichen männlichen Maispflanzen befruchtet, die wiederum Inzuchten, Hybride, Glieder synthetischer oder natürlicher Populationen oder irgendeine andere Maisvarietät sein können. Die resultierenden, auf den weiblichen Maispflanzen entstehen Hybridkörner enthalten Stärke, die erhöhte Gehalte an Amylose aufweist, im Vergleich zu demjenigen, der nach einer Selbstoder Geschwisterbefruchtung auf den weiblichen Maispflanzen erhalten wurde. Der Gehalt an Amylose in den Hybridkörnern, als Prozentgehalt der Gesamtstärke in den Hybridkörnern, nähert sich dem erwarteten Amylose-Durchschnittsgehalt von Vater und Mutter an oder übersteigt ihn. Der bevorzugte Befruchter würde in diesem Falle das Gen Ae-5180 enthalten, jedoch können weitere Gene vorkommen, die eine Xenië für den Amylosegehalt aufweisen.

BEISPIEL 9

Beweis, daß Körner, die auf weiblichen Maispflanzen entstehen, die von Maispflanzen befruchtet worden sind, die Gene für den Pigmentgehalt als verbessertes Korn- Qualitätsmerkmal aufweisen, selbst verbesserte Korn- Qualitätsmerkmale für die Kornpigmentierung exprimieren

Das Maiskorn kann mehrere Typen von Pigment enthalten, einschließlich von Carotinoiden, Xanthophyllen und Anthocyaninen, sie sind jedoch nicht darauf beschränkt. Einige dieser Pigmente sind für den Handel wertvoll, insbesondere die Carotinoide und Xanthophylle, die für die Geflügelindustrie wertvoll sind, obwohl für diese Pigmente weitere potentielle Verwendungen existieren. In anderen Fällen ist eine Verringerung bestimmter Pigmente erwünscht. Die genetischen Mechanismen der Pigmentakkumulation in Maiskörnern sind komplex, jedoch gut bekannt, und es wird erwartet, daß die Akkumulation des Kornpigments eine Xenië aufweist.
Weibliche Maispflanzen, seien es Inzuchten, Hybride, Glieder synthetischer oder natürlicher Populationen oder irgendwelche anderen Maisvarietäten, werden von männlichen Maispflanzen befruchtet, die wiederum Inzuchten, Hybride, Glieder synthetischer oder natürlicher Populationen oder irgendeine andere Maisvarietät sein können, die für die Pigmentakkumulation verbesserte Korn-Qualitätsmerkmale besitzen. Die resultierenden Hybridkörner, die auf den weiblichen Maispflanzen entstehen, exprimieren verbesserte Korn-Qualitätsmerkmale, die das Niveau der Pigmentierung zum kommerziellen Vorteil entweder vergrößern oder vermindern.
Maisvarietäten, die Gene enthalten, die die Akkumulation des Kornpigmentes steuern, sind für jedermann im Handel oder über die zahlreichen Mais-Samenbanken, unter denen der Hauptanbieter das Maize Genetics Cooperators Stock Center, University of Illinois, Urbana, Illinois, ist, überall erhältlich.
Zusammengenommen zeigen die Beispiele 1, 2 und 3, daß Hybridkörner, die aus einer Kreuzbefruchtung ölreicher und ölarmer Linien hervorgehen, höhere Konzentrationen an Öl als das ölarme Elter enthalten. Dies trifft zu, gleich ob die männlichen oder weiblichen Pflanzen selbst hybrid oder ingezüchtet sind, und tritt auf, gleich ob die ölreichen Befruchter Glieder von synthetischen Populationen, offen befruchteten Varietäten oder von teilweisen Inzuchten umfassen, die unterschiedliche Grade an genetischer Homogenität aufweisen. Eine breite Vielzahl von Inzuchten und Hybriden, die einen Bereich von Ölkonzentrationen zeigen, können durch gegenseitiges Kreuzen kombiniert werden, um Hybridkörner zu erzeugen, die im Ölgehalt deutlich höher sind als diejenigen, die auf dem ölarmen Elter getragen werden, und in vielen Fällen nähert sich der Ölgehalt des Hybridkorns den erwarteten Durchschnittswerten von Vater und Mutter an oder übersteigt sie.
Die Beispiele 1, 2 und 3 erläutern ausführlich, daß das Vererben des Ölgehaltes in Mais einem Xenië-Effekt unterworfen ist, wodurch das Öl-Quantitätspotential der männlichen Gamete direkte die Ölquantität des F1-Hybridsamens oder -korns beeinflußt. Da Pflanzen aus zwei Hauptpopulationen, die ölreich sind, Illinois High Oil und Alexho Synthetic, den F1- Hybridkörnern einen hohen Ölgehalt verleihen können, ist es wahrscheinlich, daß neue Populationen, Subpopulationen, Varietäten, Hybride oder Inzuchten, die ausschließlich oder teilweise von diesen Populationen abstammen, für Öl ebenfalls eine Xenië aufweisen. Mehrere Inzuchten, die ihre Vorfahren entweder auf Alexho Synthetic oder Illinois High Oil zurückführen, wurden veröffentlicht, einschließlich der Inzuchten R802A, R805 und R806, die von dem Director of the Agricultural Experiment Station, University of Illinois, Urban, IL, erhältlich sind. Da bei Mais Öl quantitativ vererbt wird, ist es wahrscheinlich, daß der größte Teil oder alle anderen ölreichen Varietäten für Öl einen Xenië-Effekt aufweisen, wenn sie darauf getestet werden.
Beispiel 4 erläutert, daß der bevorzugte ölreiche Befruchter ASKC28 den Ölgehalt von Hybridkörnern, die aus der offenen Befruchtung einer ölarmen männlich sterilen Hybride mit männlich fruchtbaren ASKC28-Pflanzen hervorgehen, deutlich steigert. Auf diese Weise wird das erfindungsgemäße Verfahren in seiner bevorzugten Form, bezüglich-eines erhöhten Ölgehaltes als verbessertes Korn-Qualitätsmerkmal, gezeigt. Zu beachten ist, daß die in Beispiel 4 verwendete ASKC28 keine landwirtschaftlich verbesserte Varietät ist, nicht isogen zu der ölarmen weiblichen Maishybride ist, als Nebenkomponente der gesamten Maispopulation angepflanzt wird und doch bei der Erzeugung von ölreichen Körnern sowohl auf sich selbst als auch auf einem landwirtschaftlichen männlich sterilen weiblichen Elite-Elter wirksam ist. Die Körner, die auf jedem Pflanzentyp entstehen, könnten als Körnergetreide geerntet werden, um in den Handelsstrom zu gelangen.
Beispiel 5 erläutert, daß Pollen, der auf ölsäurereichen Maispflanzen entsteht, beim Einkreuzen in ölsäurearme weibliche Maispflanzen, auf den weiblichen Maispflanzen ölsäurereiche Hybridkörner erzeugt. Drei getrennte ölsäurereiche Mais-Inzuchten sind jeweils bei der Erzeugung der ölsäurereichen Hybridkörner auf den weiblichen Maispflanzen wirksam. Analog zu den Beispielen 1, 2 und 3 ist es wahrscheinlich, daß die ölsäurereichen Maisvarietäten beim Einkreuzen in ölsäurearme Elite-Hybridmaisvarietäten, die als weiblich verwendet werden, ölsäurereiche Körner oder ölsäurereiches Getreide erzeugen. Beispiel 5 erläutert die Xenië, die den Hybridkörnern, die als Körnergetreide geerntet werden könnten, wenn sie auf landwirtschaftlichen weiblichen Elite- Hybridpflanzen entstehen, einen hohen Ölsäuregehalt als verbessertes Korn-Qualitätsmerkmal verleiht.
Beispiel 6 zeigt, daß Pollen, der auf Gliedern der proteinreicheren synthetischen Population ASKC28 bei einer Einkreuzung durch offene Befruchtung in die proteinärmere Elite- Hybride Pfister 3000ms als weibliche Pflanzen Hybridkörner entstehen läßt, die höhere Proteinkonzentrationen als diejenigen zeigen, die nach einer offenen Befruchtung auf Pfister 3000 auftreten. Analog zu Beispiel 4 zeigt Beispiel 6 das erfindungsgemäße Verfahren in seiner bevorzugten Ausführungsform bezüglich des Proteingehaltes als verbessertes Korn- Qualitätsmerkmal. Analog zu den Beispielen 1, 2, 3 und 5 ist es wahrscheinlich, daß die proteinreicheren Varietäten außer ASKC28 eine Xenië für die Proteinkonzentration aufweisen und als Befruchter auf einer Anzahl von proteinärmeren Varietäten oder Hybriden verwendet werden können, um lysinreicheres Körnergetreide zu erzeugen, wie bei dem Verfahren beschrieben.
Beispiel 7 zeigt, daß Pollen, der auf Gliedern der lysinreicheren synthetischen Population ASKC28 oder auf den lysinreicheren Hybriden [LH119 X ASKC28] oder X354 entsteht, beim Einkreuzen durch offene Befruchtung in die lysinarme Elite- Hybride Pfister 3000ms im Vergleich zu dem lysinärmeren weiblichen Elter Hybridkörner mit höheren Lysingehalten hervorbringt. Analog zu den Beispielen 4 und 6, zeigt Beispiel 7 das erfindungsgemäße Verfahren in seiner bevorzugten Ausführungsform bezüglich einer erhöhten Lysinkonzentration als verbessertes Korn-Qualitätsmerkmal. Analog zu den Bespielen 1, 2, 3 und 5 ist es wahrscheinlich, daß die lysinreicheren Varietäten außer ASKC28 eine Xenië für die Lysinkonzentration aufweisen und als Befruchter auf einer Anzahl von lysinärmeren Varietäten oder Hybriden verwendet werden können, um lysinreicheres Körnergetreide zu erzeugen, wie bei dem Verfahren beschrieben.
Beispiel 8 erläutert, daß Körner, die auf amylosearmen Maisvarietäten entstehen, nach einer Befruchtung durch bestimmte amylosereiche Maisvarietäten amylosereiche Hybridkörner hervorbringen. Analog zu den Beispielen 4, 6 und 7 ist es wahrscheinlich, daß Hybridkörner, die nach einer offenen Befruchtung durch bestimmte amylosereiche Maisvarietäten auf amylosearmen weiblichen hybriden Elite-Maispflanzen entstehen, selbst amylosereich sind.
Beispiel 9 erläutert, daß Körner, die auf weiblichen Maispflanzen entstehen, die durch männliche Maispflanzen befruchtet worden sind, die den Kornpigmentgehalt als verbessertes Korn-Qualitätsmerkmal exprimieren, Hybridkörner hervorbringen, die Pigment als verbessertes Korn-Qualitätsmerkmal enthalten. Analog zu Beispiel 4, 6 und 7 ist es wahrscheinlich, daß Hybridkörner, die auf weiblichen Maispflanzen nach einer offenen Befruchtung durch bestimmte Pflanzen, die verbesserte Korn-Qualitätsmerkmale für die Pigmentakkumulation enthalten, entstehen, selbst eine veränderte Pigmentierung als verbessertes Korn-Qualitätsmerkmal aufweisen.
Die Anwendung des Xenië-Effektes ist ein neues Verfahren zur Erzeugung von Körnermais mit verbesserten Korn-Qualitätsmerkmalen durch Landwirte und kommerzielle Anbauer, das prompte Verfügbarkeit der wichtigen Maisprodukte gewährleistet. Bevorzugt aufgrund seiner hohen Korn-Ausbeute oder seiner Produktion von Korn mit verbesserten Korn-Qualitätsmerkmalen ist ein Verfahren, bestehend aus dem Auspflanzen einer ertragreichen F1-Hybride, die als weibliche Maispflanze eingesetzt wird, die durch Pflanzen befruchtet wird, die die Gene für die verbesserten Korn-Qualitätsmerkmale enthalten. Die Maispflanzen mit den Genen für die verbesserten Korn- Qualitätsmerkmale, die als Befruchter eingesetzt werden, können entweder Inzuchten, Hybride, Varietäten, synthetisch oder exotisch oder irgendeine andere geeignete Keimplasma- Quelle sein, die die Gene für die verbesserten Korn-Qualitätsmerkmale enthält, die einen Xenië-Effekt aufweisen. Die Pflanzen mit den Genen für die verbesserten Korn-Qualitätsmerkmale, die als Befruchter dienen, werden unter die weiblichen Hybridpflanzen gepflanzt. Da Körner mit verbesserten Korn-Qualitätsmerkmalen entweder durch selektive Ernte der Körner, die auf der weiblichen Pflanze entstehen, oder, falls zweckmäßig, der Körner, die durch Selbstbefruchtung der Pflanzen, die als Befruchter dienen, entstehen, können sie auch mit den Körnern, die auf den weiblichen Pflanzen entstehen, geerntet und vermischt werden.
Wenn die Öl-, Protein- oder Lysinmenge das verbesserte Korn- Qualitätsmerkmal von Interesse ist, so wäre die Verwendung von einer ertragreichen F1-Hybride als weibliche Maispflanze, von ASKC28 als nichtisogene Varietät, die als Befruchter dient, mit statistischem Auspflanzen der beiden Typen von Pflanzen und anschließendem Ernten des Körnermais von allen Pflanzen am meisten bevorzugt. Ist ein erhöhter Ölsäuregehalt das verbesserte Korn-Qualitätsmerkmal von Interesse, so würde bei dem oben beschriebenen Verfahren ASKC28 durch B73o1 als am meisten bevorzugter Befruchter ersetzt werden. Ist ein hoher Amylosegehalt das Qualitätsmerkmal von Interesse, so würde bei dem vorstehend beschriebenen Verfahren ASKC28 durch Ae-5180 oder eine Varietät mit ähnlichen Merkmalen als am meisten bevorzugter Befruchter ersetzt werden.
Die Erfindung unterscheidet sich in mehreren wichtigen Punkten deutlich von den derzeitigen Korn-Erzeugungsmethoden. Die derzeitigen Korn-Erzeugungsmethoden erfordern, daß die Inzucht, Hybride, Varietät, Population oder irgendeine andere Quelle für Keimplasma, die als Quelle für die verbesserten Korn-Qualitätsmerkmale eingesetzt wird, eine hochspezifische Kombinationsfähigkeit mit den Elite-Eltern aufweist, um Hybridsamen zu erzeugen, der anschließend die landwirtschaftlich hybriden Elite-Pflanzen entstehen läßt. Dieses Hybrid mit einem verbesserten Korn-Qualitätsmerkmal wird anschließend in einem Feld des Anbauers ausgepflanzt, und eine offene Befruchtung wird ermöglicht, um Körner zu erzeugen. Es sind lange kostspielige Züchtungsprogramme erforderlich, um Inzuchten zu kreieren, die sich gut kombinieren lassen und alle vorteilhaften Merkmale, einschließlich beispielsweise Ertrag, Krankeitsresistenz, Halmfestigkeit, sowie die Korn-Qualitätsmerkmale, die derzeit verwirklicht werden, beibehalten. Gemäß dem beanspruchten Verfahren ist die Hauptanforderung an das Elter mit einem verbesserten Korn-Qualitätsmerkmal, das als Befruchter dient, daß es genügend Pollen abwirft, um die ertragreichen weiblichen Pflanzen zu befruchten. Was am wichtigsten ist, dieses neue Verfahren verringert stark die vorgegebene Züchtungszeit und die intensive Anstrengung, die notwendig ist, um die ingezüchteten Befruchter zu entwickeln, die zur kommerziellen Erzeugung von Körnern mit verbesserten Korn-Qualitätsmerkmalen erforderlich sind. Der Grund dafür ist&sub1; daß der Schlüssel der günstigen landwirtschaftlichen Eigenschaften für die erfolgreiche Kornerzeugung bereits in der ertragreichen Hybrid verkörpert ist, die als weibliche Pflanze eingesetzt wird.
Da die Erfindung viele der Einschränkungen ausschaltet, die dem Verhalten der elterlichen Linien auferlegt und zur Unterstützung der derzeitigen Korn-Erzeugungsmethoden notwendig sind, wird eine stark beschleunigte Markteinführung von Körnermais mit verbesserten Korn-Qualitätsmerkmalen ermöglicht. Es können die derzeitigen landwirtschaftlichen Praktiken angewendet werden, um die sofortige Erzeugung von Körnern mit einer Anzahl von verbesserten Korn-Qualitätsmerkmalen durch kommerzielle Anbauer zu ermöglichen.
Die Erfindung der Anmelder unterscheidet sich ferner insofern stark von den derzeitigen Korn-Erzeugungsmethoden, da die Erfindung erfordert, daß die Richtung der Befruchtung festgelegt ist. Im Gegensatz dazu erfolgt bei der derzeitigen Korn-Erzeugung eine offene und statistische Befruchtung.
Die Erfindung der Anmelder unterscheidet sich insofern am deutlichsten von den derzeitigen Hybridkorn-Erzeugungsmethoden, da es die Erfindung ermöglicht, daß die weiblichen Maispflanzen zu der Maisvarietät, die als Befruchter dient, nichtisogen sind. Die derzeitigen Korn-Erzeugungsmethoden umfassen die offene Befruchtung unter den Pflanzen, die eine einzige Hybridvarietät in einem Feld des Anbauers oder Mischungen von männlich sterilen und männlich fruchtbaren Hybriden, die isogen sind, umfassen. In beiden Fällen sind bei den derzeitigen Korn-Erzeugungsmethoden sowohl die weiblichen Pflanzen als auch die Befruchterpflanzen isogen oder von derselben Varietät. Dies trifft zu, gleich ob Feldmais oder ein Spezialmais zur Korn-Erzeugung angebaut wird. Die Entwicklung solcher isogener Materialien erfordert intensive Anstrengung, hohe Kosten und viel Zeit.
Schließlich können, wo der Ölgehalt das verbesserte Qualitätsmerkmal von Interesse ist, falls die ölreiche Maisvarietät, die als Befruchter dient, genetisch uniform ist (d.h. im wesentlichen ingezüchtet oder homozygot), die durch das beanspruchte Verfahren geernteten Körner in ihrem Ölgehalt und in der Korn-Gesamtqualität ebenfalls im wesentlichen uniform sein. Im Gegensatz dazu unterscheiden sich F2-Körner, die aus F1-Hybridsamen erzeugt worden sind, der für die ölreichen Gene heterozygot ist, im Ölgehalt von Samen zu Samen aufgrund der Aufspaltung der Ölgene in kommerziellem Getreide. Da der zunehmende Korn-Ölgehalt unweigerlich mit einer vergrößerten Keimgröße einhergeht, scheiden Körner, die durch das herkömmliche Verfahren erzeugt worden sind, zu einem gewissen Ausmaß hinsichtlich der Korn-Gesamtqualität aus. Die gleichmäßige Kornqualität ist ein bedeutendes Qualitätsattribut von kommerziellem Wert für die Maismahlindustrie. Analog kann die Gleichmäßigkeit weiterer verbesserter Korn-Qualitätsmerkmale gleichermaßen gesteigert werden.
Die Erfindung oder Varianten dieses Verfahrens sind auf die Erzeugung von jeden Spezialgetreide anwendbar, die auf der Expression eines Korn-Qualitätsmerkmals beruht, das einen Xenië-Effekt aufweist. Dies trifft nicht nur für Mais zu, sondern auch für jede andere Feldfrucht, die ein Endosperm erzeugt, einschließlich Sorghum, Weizen, Roggen, Triticum, Reis, Gerste, Hafer und der verschiedenen Hirse-Gattungen, ist jedoch nicht darauf beschränkt.
Die Maislinie X387 wurde unter den Bezeichnungen, die konform sind mit dem Budapester Vertrag in der American Type Culture Collection (ATCC), Rockville, MD 20852-1776 am 14. November 1990 hinterlegt und trägt die ATCC-Zugangsnummer 40917. Die Maislinie ASKC28 wurde den Bedingungen, die konform sind mit dem Budapester Vertrag in der American Type Culture Collection (ATCC), Rockville, MD 20852-1776 am 19. September 1991 hinterlegt und trägt die ATCC-Zugangsnummer 75105.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung von Maiskörnern mit einem verbeserten Korn-Qualitätsmerkmal, umfassend die Stufen:

(a) statistisches Auspflanzen in ein Feld von

(1) Maissamen einer ertragreichen und landwirtschaftlich Elite-Hybridvarietät, um weibliche Maispflanzen zu erhalten, bei denen die weiblichen Maispflanzen genetisch männlich steril sind; und

(2) Maissamen einer heterozygoten und heterogenen Varietät, verbessert in einem Korn-Qualitätsmerkmal, wobei die Varietät nichtisogen gegenüber den weiblichen Maispflanzen ist, um Maispflanzen zu erzeugen, die in dem Korn-Qualitätsmerkmal verbessert sind und in der Lage sind, als Befruchter zu dienen;

(b) Ermöglichen, daß die Maispflanzen, die in dem Korn- Qualitätsmerkmal verbessert sind, die weiblichen Maispflanzen befruchten, wobei das Korn-Qualitätsmerkmal in den Maiskörnern auf den weiblichen Maispflanzen durch einen Xenië-Effekt exprimiert wird;

(c) Ernten der resultierenden Maiskörner auf allen Maispflanzen, wodurch ein hoher Ertrag an Maiskörnern, die in dem Korn-Qualitätsmerkmal verbessert sind, zur Verwendung als Körner erhalten wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das verbesserte Korn- Qualitätsmerkmal ausgewählt wird aus der Gruppe, bestehend aus der Menge an Öl, Protein, Lysin, Ölsäure, Pigment, der Qualität von Öl, Stärke, Faser, Korntextur, Korngröße, Kornhärte, Amylose und Fettsäureprofil.

3. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Korn-Qualitätsmerkmal die Menge an Öl ist und die Maispflanzen, die als Befruchter dienen, ölreiche Maispflanzen sind.

4. Verfahren nach Anspruch 3, bei dem die weiblichen Maispflanzen landwirtschaftliche Elite-F1-Hybride von hohem Ertrag jedoch arm an Öl sind.

5. Verfahren nach Anspruch 3, bei dem die weiblichen Maispflanzen reich an Öl sind.

6. Verfahren nach Anspruch 3, bei dem die ölreichen Maispflanzen, die als Befruchter dienen, ölreiche Inzuchtlinien sind.

7. Verfahren nach Anspruch 3, bei dem die ölreichen Maispflanzen, die als Befruchter dienen, ölreiche Hybride sind.

8. Verfahren nach Anspruch 3, bei dem die ölreichen Maispflanzen, die als Befruchter dienen, eine Population umfassen, die ölreiche Pflanzen enthält.

9. Verfahren nach Anspruch 3, bei dem die ölreichen Maispflanzen, die als Befruchter dienen, eine offene befruchtete Varietät von ölreichem Mais umfassen.

10. Verfahren nach Anspruch 3, bei dem die ölreichen Maispflanzen, die als Befruchter dienen, Hybride sind, die von einer Kreuzung aus Standard-Feldmaislinien und einer ölreichen Maispflanze nach Anspruch 5, 6, 7, 8 oder 9 abgeleitet sind.

11. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem das verbesserte Korn- Qualitätsmerkmal Protein ist.

12. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem das verbesserte Korn- Qualitätsmerkmal Lysin ist.

13. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem das verbesserte Kornqualitätsmerkmal Ölsäure ist.

14. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem die verbesserten Ölsäure-Maispflanzen, die in der Lage sind, als Befruchter zu dienen, Va35 oder LH24 sind.

15. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem das verbesserte Korn- Qualitätsmerkmal Amylose ist.

16. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem die verbesserten Amylose-Maispflanzen, die in der Lage sind, als Befruchter zu dienen, das Gen Ae-5180 exprimieren.