Fenotypische plasticiteit in wortelarchitectuur

Fenotypische plasticiteit in wortelarchitectuur

Organisatie-onderdeel

TKI TU

Projectcode

TU18152

MMIP

Landbouw, Water, Voedsel>Sleuteltechnologieën LWV>Biotechnologie en Veredeling

Startdatum

01/01/19

Einddatum

31/12/23

Samenvatting

Vatbaarheid van planten voor parasitaire aaltjes hangt niet altijd samen met verlies van biomassa als gevolg van een infectie. Sommige aardappelrassen zijn bijvoorbeeld vatbaar voor aardappelmoeheid door aardappelcystenaaltjes zonder dat een hoge infectiegraad gepaard gaat met veel oogstverlies. Omgekeerd kan een lage infectiegraad van aaltjes op resistente rassen toch een nadelig effect hebben op de bovengrondse groei van planten en zelfs een valplek veroorzaken. Deze fenotypische variatie in groei onder invloed van biotische stress wordt in de praktijk aangeduid met het begrip ziektetolerantie. Sommige resistente aardappel- en suikerbietrassen zijn zo weinig tolerant voor aaltjes, dat dit hun inzetbaarheid drastisch beperkt. Tolerantie is vooral bij bodemziekten en -plagen een belangrijke eigenschap, omdat deze niet zijn uit te roeien binnen economisch rendabele vruchtwisselingschema’s. Besmette percelen worden daardoor noodgedwongen steeds vaker uit productie genomen. Ondanks het toenemend belang van tolerantie voor aaltjes wordt bij de veredeling van uitgangsmateriaal nog weinig gericht geselecteerd op deze eigenschap, omdat fundamentele kennis van de genetische en moleculaire basis van tolerantie voor aaltjes in planten ontbreekt.
We verwachten dat ziektetolerantie als eigenschap in allerlei gewassen naast ziekteresistentie een steeds belangrijkere factor zal gaan worden in toekomstige aaltjesbeheersplannen. Om merker-gestuurde selectie van ziektetolerantie in veredelingsprogramma’s in de toekomst mogelijk te maken is het belangrijk om eerst meer grip op dit fenomeen te krijgen. Naast mogelijk praktische impact van deze kennis, zal dit project ook meer inzicht geven in basale ontwikkelingsprocessen die een rol spelen bij veerkracht in de wortelarchitectuur van planten.

Doel van het project

Dit onderzoeksproject beoogt antwoord te geven op de volgende vragen:
1. Hoe kan tolerantie voor aaltjes in planten eenduidig worden gekwantificeerd?
2. Is er binnen natuurlijke populaties van planten aanzienlijke kwantitatieve variatie voor deze eigenschap aanwezig?
3. Wat is de genetisch basis van deze kwantitatieve variatie in tolerantie?
4. Is deze kwantitatieve variatie is gebaseerd op veerkracht in architectuur van het wortelstelsel onder invloed van heterogene biotische stress door aaltjes?
5. Welke moleculaire en cellulaire processen liggen aan deze veerkracht ten grondslag?

Relatie met missie (Motivatie)

Ondanks dat de beoogde resultaten van dit fundamentele onderzoek niet direct toepasbaar zijn in de praktijk van veredelingsbedrijven, zal de kennis op termijn wel van groot belang kunnen worden voor de sector. Mocht blijken dat het tolerantieniveau inderdaad correspondeert met de begrenzing van het wortelstelsel als veerkrachtig systeem en dat deze begrenzing inderdaad een kwantitatieve eigenschap is in planten, dan biedt dit een belangrijk nieuw aanknopingspunt voor veredeling op tolerantie. Ons onderzoek zal vervolgens ook inzicht geven in de genetische complexiteit van de veerkracht van het wortelstelsel onder biotische stress door aaltjes. Inzicht in de genetische complexiteit van deze (vermoedelijk) kwantitatieve eigenschap biedt bedrijven de kans om in te schatten hoeveel inzet nodig zal zijn om in de toekomst op veerkracht van het wortelstelsel te veredelen. Veredelen op complexe eigenschappen vraagt immers aanzienlijk meer inzet van middelen en technologie, dan bijvoorbeeld dominante resistentie tegen aaltjes. Kortom, inzicht in de genetische complexiteit van tolerantie bepaald in belangrijke mate de haalbaarheid van het gericht selecteren op deze eigenschap in de toekomst.

Geplande acties

In 2019 is bepaald in hoeverre het verloop van het groene bladoppervlak of de ‘leaf-area index’ (LAI) tijdens het infectieproces bij parasitaire aaltjes gebruikt kan worden als indirecte maatstaf voor kwantitatieve variatie in fenotypische plasticiteit van het wortelstelsel.

Verwachte resultaat voor 2020 en 2021 is inzicht in de kwantitatieve variatie in LAI rondom kritisch inoculatiedichtheden in een populatie van ±150 genetisch diverse Arabidopsis lijnen met vergelijkbare vatbaarheid voor H. schachtii.

Tweede verwachte resultaat voor 2021 zijn significante associaties tussen plasticiteit in LAI en allelische variatie in Arabidopsis bij infecties met aaltjes.

Verwachte resultaat voor 2022 en 2023 is kennis van specifieke moleculaire mechanismen die betrokken zijn bij plasticiteit in LAI in Arabidopsis bij infecties met aaltjes.

Terug