Genressurser i moderne planteforedling og forskning

Transkript

1 Genressurser i moderne planteforedling og forskning Odd Arne Rognli, Institutt for plantevitenskap, NMBU Kilde: Petter Marum, Graminor Kilde: Petter Marum, Graminor Kilde: Petter Marum, Graminor Norges miljø- og biovitenskapelige universitet 1

2 Tradisjonell planteforedling Genetisk variasjon Sorter Naturlige populasjoner Ville slektninger Kryssing og seleksjon Sortsutvikling og markedsføring Kilde: Petter Marum, Graminor Kilde: Petter Marum, Graminor Kilde: Petter Marum, Graminor Norges miljø- og biovitenskapelige universitet 2

3 Blir genetiske ressurser i genbankene brukt? Eksempel fra IRRI (International Rice Research Institute) McCouch et al. (2012) Amer J Bot 99: Norges miljø- og biovitenskapelige universitet 3

4 Planteforedling Markedsstyrt Arter med stort marked F 1 -hybrider GM sorter Store globale selskaper Offentlig støttet Arter med små og mange lokale markeder Homozygote linjer Åpen pollinerte sorter Små regionale selskaper Offentlige institusjoner Norges miljø- og biovitenskapelige universitet 4

5 Nye norske sorter av engvekster basert på innsamlede lokale populasjoner Tidsrom Antall Antall/år , , , , ,0 Norges miljø- og biovitenskapelige universitet 5

6 Hvorfor bør bruken av genetiske ressurser øke? Klimaendringer Sustainable intensification (bærekraftig intensifiering) av landbruket Økt mangfold i markedene for planteprodukter Økt økologisk produksjon Biologisk mangfold for mat og landbruk Norges miljø- og biovitenskapelige universitet 6

7 Eksempel på verdien av genetiske ressurser genet PSTOL1 i ris Toleranse overfor lite fosfor Påvist i landrasen Kasalath i 1998 Genet kloner i 2012 En protein kinase gir økt rotvekst hos unge planter Overuttykk av genet i rissorten IR64 og dyrking ved lavt fosfornivå Gamuyao et al. (2012) Nature 488, Norges miljø- og biovitenskapelige universitet 7

8 Teknologidrivere sekvensering og genotyping Next-generation sekvensering Dramatisk reduserte kostnader Gjort det mulig å: Sekvensere genomene til mange arter Re-sekvensere mange individer/sorter Genbankmaterialer, lokale populasjoner Mulig å identifisere genetisk variasjon assosiert med lokal adaptasjon Norges miljø- og biovitenskapelige universitet 8

9 Teknologidrivere sekvensering og genotyping RNA sekvensering Genekspresjon, sekvenser for arter med lite genominformasjon tilgjengelig Genotyping markører, genkart, assosiere fenotyper med markører RAD (restriction-site-associated genomic DNA) GBS (genotyping-by-sequencing) GWAS (genome-wide-association-studies) GS (genomic selection) Seleksjon basert på genomprofil og ikke på fenotype Norges miljø- og biovitenskapelige universitet 9

10 Genomisk seleksjon Kilde: Zhao et al. (2015) Plant Breeding 134, 1-10 Norges miljø- og biovitenskapelige universitet 10

11 Hvordan produsere mer på en bærekraftig måte? Trenger hurtige og presise metoder for fenotyping - Phenomics Kilde: Morten Lillemo Norges miljø- og biovitenskapelige universitet 11

12 Phenomics Scanalyzer Field fra LemnaTec LemnaTec Elektroniske feltbøker Kilde: Morten Lillemo Norges miljø- og biovitenskapelige universitet 12

13 Norges miljø- og biovitenskapelige universitet 13

14 Det nordiske Public-Private Partnership (PPP) programmet for pre-breeding i flerårig raigras. Utnytte eksotisk materiale for å skape ny variasjon Multiplication WP2 DK Field testing of cultivars WP3 EE, IS, NO, SE, SF 60 plants/acc Phenotyping WP4 DK, NO, SE, SF 400 accessions sown at DLF, Denmark Recombination WP5 DK, NO Field testing of accessions WP7 All countries Genotyping WP6 DK, NO Land: Denmark Sweden Norway Finland Iceland Estonia Lithuania Norges miljø- og biovitenskapelige universitet 14

15 Flytdiagram av PPP pre breeding prosjektet i flerårig raigras Fase II ( ) WP3 Cultivar trials WP5 WP4 WP8 WP7 Phenotyping Broad population Nat. selection Field test of acc. WP9 Lab. Test frost WP6/10 Genotyping/ Marker trait ass. From WP N,S,IS, FIN,EE N, DK S,FIN N, DK N, S, DK, IS FIN, IS, EE N, DK Breed 2015 Seed SYN1 Gen.2 Breed S,DK 2n 4n Lit 2016 Seed SYN1 Seed SYN2 N, DK N, S, DK, IS FIN, IS, EE, Lit 2017 S,DK Seed SYN2 Gen.1 B Breed 2018 Breed 2n 4n Seed SYN n 4n Breed Gen.2 Breed Seed SYN2 Breed 15

16 Moderne mutasjonsteknologi Trenger vi genressurser når vi kan editere genomene? Norges miljø- og biovitenskapelige universitet 16

17 Utfordringer og prioriteringer Det er store muligheter for å utnytte genressursene mer effektivt enn tidligere men: Hvem finansierer det? Hva kreves av organisering og institusjonssamarbeid? Rettigheter, royalties, patenter Trenger økt offentlig ansvar for utvikling av genressursene (foredlingsforskning, pre-breeding) Public Privat Partnerships (PPP) i pre-breeding - en positiv utvikling Sortsutvikling i ikke-kommersielle arter med små markeder PPP en mulighet, men det offentlige bidraget må være høyere enn 50% Norges miljø- og biovitenskapelige universitet

18 Utfordringer og prioriteringer Proteinunderskudd Europas soyaavhengighet! Hva kan vi gjøre med planteforedling? Eksisterende og nye arter? Bioraffinering? Store utfordringer spesielt i en tid med store klimaendringer: Utprøving av foredlingsmaterialer og sorter For få feltforsøk med dagens testesystem Mer regionalt samarbeid? Det må investeres i penomics Nærmere samarbeid med genbankene må integreres i foredlingsforskning Norges miljø- og biovitenskapelige universitet

19 Takk for oppmerksomheten! Norges miljø og biovitenskapelige universitet Kilde: Petter Marum, Graminor