Merkerproject t.b.v. Bioimpuls

Merkerproject t.b.v. Bioimpuls

Aantal projecten

1

Organisatie onderdeel

WR-cap TU

Project code

LWV19293.03

Primaire MMIP

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

Start datum

01/01/20

Eind datum

31/12/23

Samenvatting

Ziekteverwekkers en plagen zijn belangrijke productiebelemmeringen in de landbouw en in de biologische teelt in het bijzonder. Het gebruik van resistente rassen is een milieuvriendelijke manier om ziektes het hoofd te bieden. Phytophthora infestans veroorzaakt de aardappelziekte waarvoor in het Bioimpuls project aan een oplossing wordt gewerkt. In de afgelopen jaren zijn verschillende bronnen van resistentie tegen Phytophthora geïdentificeerd. Dit heeft 12 niet overlappende bronnen opgeleverd. Het inkruisen in cultuurmateriaal is voor alle bronnen nog niet even ver gevorderd. In sommige gevallen heeft het reeds geleid tot de eerste Phytophthora resistente rassen, voor andere bronnen is de afstand tot de markt nog aanzienlijk.
Echter, Phytophthora is een meester in het omzeilen van deze individuele resistentiegenen en stapeling van genen uit de verschillende resistentiebronnen is noodzakelijk om resistentie doorbraken in de toekomst te voorkomen. Het stapelen van resistentie genen in een veredelingsprogramma vereist moleculaire merkers waarmee de aanwezigheid van (meerdere) resistentiegenen in een individuele zaailing aangetoond kan worden. Via dit voorliggende project zullen voor Bioimpuls-III merkers worden ontwikkeld voor R genen uit de 12 beschikbare bronnen. Resistentie genen uit zes nieuwe bronnen uit het Bioimpuls project zullen genetisch gekarteerd worden via de nieuwste sequencing methoden. Merkers voor de overige zes bronnen zijn bekend uit de literatuur en zullen specifieker gemaakt worden om een hoge diagnostische waarde te bereiken. Deze nieuwe merkerset voor de 12 bronnen zal bruikbaar gemaakt worden in een uniform, breed toegankelijk, kostenefficiënt merkerplatform. Hierdoor kunnen ook kleinere kwekers en kweekbedrijven makkelijk toegang krijgen tot de technologie. Bovendien, doordat de merkers publiekelijk beschikbaar worden, zullen toekomstige epidemie beheersingsprogramma’s worden gefaciliteerd.

Doel van het project

Producten voor betrokken partners
- Moleculaire merkers
o Versnelde merkergestuurde introgressie uit diverse bronnen
o Gerichte stapeling van resistenties uit verschillende bronnen
- Beter inzicht in gastheer gestuurde Phytophthora resistentie
- Inzichten en diagnostische gereedschappen voor toekomstige beheerstrategieën

Producten voor de gehele aardappelketen
- Phytophthora resistente rassen
o Sterk gereduceerde afhankelijkheid van gewasbeschermingsmiddelen
o Verhoogde productiezekerheid
o Stabielere aanvoer voor verpakkers, retailers en verwerkers
o Ruimere/bredere beschikbaarheid van biologische/duurzaam geteelde aardappels voor de consument.

Producten voor de samenleving
o Circulariteit in de biologische/duurzame teelt wordt verhoogd door minder opbrengstverlies, minder CO2 emissie.
o Groter biologisch/duurzaam marktaandeel binnen de aardappelteelt leidt netto tot minder gebruik van synthetische gewasbeschermingsmiddelen met netto minder emissies naar lucht, bodem en oppervlaktewater

Relatie met missie (Motivatie)

In de aansluitende aardappelveredelingsprojecten Bioimpuls-I (2009-2014), Bioimpuls-II (2015-2019) en Bioimpuls-III (2020-2024) worden rassen resistent tegen Phytophthora infestans ontwikkeld in een innige samenwerking van Wageningen University, Louis Bolk instituut, aardappelveredelingsbedrijven en boerenkwekers. Daarbij worden diverse resistentiebronnen uit wilde Solanum soorten gebruikt. Deze resistentiebronnen zijn binnen Bioimpuls-I en -II opgewerkt tot hanteerbaar veredelingsmateriaal, of zijn reeds beschikbaar op het niveau van commercieel selectiemateriaal.
Naast het verder domesticeren van genen uit wilde verwanten is het stapelen van resistentie (R) genen een belangrijk onderdeel van Bioimpuls-III. Met dat stapelen van R genen wordt het voor Phytophthora veel moeilijker om de resistentie te doorbreken, en blijven de gebruikte R genen inzetbaar voor een duurzame aardappelteelt. Om dit te bereiken zullen management systemen nodig zijn om de effectiviteit van resistente rassen op de langere termijn te garanderen. Door middel van de merkers die in dit project gegenereerd worden zullen zullen nieuwe resistente rassen beter gekarakteriseerd kunnen worden om ze in te passen in resistentie management systemen.

Geplande acties

Het merker ontwerpproces kan ruwweg worden opgedeeld in drie stadia:
1. het karteren van genen uit nieuwe bronnen;
2. het omzetten van gel-gebaseerde merkers naar het KASP platform
3. het selecteren van gekoppelde SNP’s met hoge/verbeterde diagnostische waarde.

Voor het stadium 1 onderzoek hebben we onderzoekspopulaties nodig, bestaande uit kruisingspopulaties waarin de resistentie uitsplitst. Voor het karteren van een kwalitatieve resistentie volstaat een populatie van 40-70 individuen. Voor het karteren van kwantitatieve resistenties zijn populaties van 150-300 individuen nodig.
Voor stadium 2 en 3 onderzoek zijn validatiepopulaties nodig, bestaande uit een breed panel van veredelingsmateriaal waarvan het resistentieniveau bekend is. Bij aanvang van het project zijn er al validatiepopulaties beschikbaar uit Bioimpuls-II. Uit dit aanbod zal een validatie panel van 94 genotypen van diverse herkomst worden samengesteld.
Ook heeft Bioimpuls-II al (kleine) onderzoekspopulaties opgeleverd, waardoor al in 2020 kan worden begonnen met het ontwerp van merkers. Gedurende looptijd van het project zullen er grotere populaties worden gemaakt in samenwerking met Bioimpuls-III.

Vanuit deze filosofie en op basis van deze gegevens kunnen we het volgende tijdspad opstellen:
2020:
- Stadium 1 onderzoek voor S. iopetalum, S. multiinterruptum, en ‘Athlete’. Om een genetische positie vast te stellen en om SNP’s te identificeren in het resistente haplotype wordt een CoSSA benadering gekozen (Prodhomme et al., 2019), waarbij genomisch DNA van 20 resistente en 20 vatbare planten gepoold en gesequenced wordt. SNP’s gekoppeld aan resistentie worden vervolgens gekarteerd en gebruikt voor het ontwerp van KASP merkers.
- Stadium 2 onderzoek voor Rpi-blb2, R2, R8, R9a, Rpi-vnt1. SNP’s die ten grondslag liggen aan de beschikbare gel-gebaseerde merkers worden opgespoord en omgezet naar KASP merkers.
- Uitbreiden van de onderzoekspopulaties voor S. brachicarpum, S. bukasovi, en S. sucrense in samenwerking met Bioimpuls-III.
2021:
- Stadium 3 onderzoek voor de KASP merkers die in 2021 zijn ontwikkeld. De specificiteit van (combinaties van) KASP merkers wordt getest in een validatie panel van 94 uiteenlopende genotypen.
- KASP merkers met onvoldoende specificiteit worden opnieuw ontworpen. Hiervoor zal meer sequentie informatie nodig zijn om haplotype SNP’s te selecteren. R gen paralogen en allelelen van resistente en vatbare planten worden gesequenced met behulp van RenSeq (Armstrong et al., 2019). Voor R gen clusters met een te hoge complexiteit zullen we de focus verleggen naar merkers in single copy sequenties flankerend aan R gen coderende sequentie, of zelfs buiten het R gen cluster.
- Fenotyperen van de onderzoekspopulaties S. brachicarpum, S. bukasovi, en S. sucrense.
2022:
- Stadium 1 onderzoek voor S. brachicarpum, S. bukasovi, en S. sucrense. In eerste instantie zal ook hier een CoSSA benadering worden genomen. Het is echter mogelijk dat dit niet alle QTL’s in deze populaties zichtbaar maakt. In dat geval zullen de kwantitatieve resistenties in deze populaties via een klassieke QTL karteringsbenadering worden opgespoord. Een genetische kaart van de 8 haplotypen van de beide ouders zal geconstrueerd worden met een merkerdichtheid van 40 merkers per chromosoom (Agriseq). QTL pieken zullen worden geïdentificeerd.
- Stadium 3 onderzoek van merkers met verbeterde specificiteit uit het RenSeq onderzoek van 2021.
- Stadium 3 onderzoek van de S. brachicarpum, S. bukasovi, en S. sucrense KASP merkers.
2023:
- Optimalisatie van de laatste merkers.
- Schrijven van eindpublicatie waarin de Bioimpuls merkerset als samenhangend geheel wordt gepresenteerd.

Aantal projectleiders

1

Naam projectleider

Jack Vossen
Terug

Geef een antwoord

Het e-mailadres wordt niet gepubliceerd.