92 A. Larsen og L. Østrem / Grønn kunnskap 7(4) Felles europeisk foredling av raisvingel. EU-prosjektet SAGES European cooperation in breeding Festulolium. EU-project SAGES Arild Larsen / arild.larsen@planteforsk.no Planteforsk Vågønes Liv Østrem / liv.ostrem@planteforsk.no Planteforsk Fureneset Nøkkelord: Raisvingel, vinterherdighet, frosttoleranse, tørkeresistens, introgresjonslinjer. Keywords: Festulolium, winter hardiness, freezing tolerance, drought resistance, introgression lines. Sammendrag EU-prosjekt SAGES (Sustainable grasslands withstanding environmental stresses) vil bidra til mer varige sorter i gras. Raisvingel som er hybrider mellom arter i slektene svingel (Festuca) og raigras (Lolium), kan være en vei for å nå dette målet. Prosjektet skal gi planteforedlerne ny teknologi for utvikling av sorter i raisvingel. Planter med gener for motstandsevne mot stressfaktorer og tilhørende genetiske markører skal identifiseres, og modellsystem for utvalg etter markører skal utvikles. Prosjektet gjennomføres i samarbeid mellom vitenskapelige og kommersielle partnere i landene Storbritannia, Frankrike, Polen og Norge. Det skal føre til bedre forbindelse mellom forskere, planteforedlere og såvarehandel.
A. Larsen og L. Østrem / Grønn kunnskap 7(4) 93 Summary The EU-project SAGES (Sustainable grasslands withstanding environmental stresses) will contribute to stable cultivars of grasses. The species Festulolium, hybrids between species in Festuca and Lolium, is one possibility. The project should supply the breeders with new technology and new breeding kits for development of varieties of Festulolium. Introgression plants containing resistance genes with connected genetic markers will be identified and a model system for marker assisted selection will be developed. The project is a cooperation between scientific and commercial partners in United Kingdom, France, Poland and Norway. Innledning SAGES (Sustainable grasslands withstanding environmental stresses) er et EU-prosjekt som har som overordna mål å bidra til utvikling av mer varige sorter i gras. Sortsutvikling i den nye arten raisvingel kan være en vei for å nå dette målet. Raisvingel er en hybrid mellom planter fra slektene svingel (Festuca) og raigras (Lolium). Slektene er ganske nærstående og krysninger kan gjøres mellom flere arter i begge slektene. Arter av svingel har oftest god motstandsevne mot påkjenninger som vinterskadefaktorer og tørke. Raigrasartene har et stort avlingspotensial og god fôrkvalitet, men mindre motstandsevne mot forskjellige påkjenninger. Foredlingsmålene er hybridsorter som kombinerer de gode egenskapene i de to slektene, bedre fôrproduksjon og kvalitet, med større motstand mot skadefaktorer. Hybridplanter kan lages med fullt kromosomsett fra begge slektene, og ved tilbakekryssing til en av foreldreartene for å få planter med innslag av små kromosomsegmenter (introgresjoner) med viktige gener fra en slekt i den andre slektens kromosomer (genom). Raisvingel har i norske forsøk vist seg å kunne gi stor avling. Sortene har hittil vært for lite vintersterke. Dette skyldes plantematerialene som er brukt ved framstilling av sortene. En sort Paulita er godkjent på offisiell norsk sortsliste. Polske og tsjekkiske sorter og kandidatsorter som nå er i prøving, har vist seg mer interessant. I norsk foredling tas det sikte på å kombinere egenskaper fra nordisk engsvingel med egenskaper hos de mest vintersterke sortene av engelsk raigras.
94 A. Larsen og L. Østrem / Grønn kunnskap 7(4) Mål Prosjektets målsetting er å skaffe bedre hjelpemidler til foredlerne for sortsutvikling i raisvingel. Dette skal gjøres ved å utvikle teknikk og plantematerialer for overføring av gener for motstandsevne overfor vinterskader og tørke fra svingel til raigras. Gen eller genkompleks knyttet til overvintringskarakterer og tørketoleranse skal kartlegges og merkes med genetiske markører. Forskerne skal framstille hybridplanter eller planter med mindre introgresjoner av kromosomdeler fra annen art, som inneholder ønskede gener merket med genetiske markører. Disse plantene skal stilles til disposisjon for de kommersielle deltagerne i prosjektet. Raisvingel behandles helt forskjellig hos sortsmyndighetene i de europeiske land, fra å ikke anerkjenne den i det hele tatt, til å godta alle former for hybrider mellom arter i slektene svingel og raigras, som egen art. Et mål for de kommersielle partnerne er å oppnå like regler for sortsprøving og sortsgodkjenning i alle land i Europa. Prosjektet skal føre til at det etableres samarbeid mellom forskning, planteforedling - sortsutvikling og såvarehandel i deltagerlandene. Partene skal bidra til å fremme bruk av grasmateriale som er varig, produktivt og har god fôrkvalitet. Ny teknologi skal medvirke til at tilpassede lokale økotyper kan forbedres med nytt genetisk materiale. Gjennomføring og metoder Prosjektet er et samarbeid mellom vitenskapelige institusjoner og kommersielle planteforedlere/såvareforretninger i landene Storbritannia, Frankrike, Polen og Norge. I Norge deltar Institutt for kjemi og planteforedling, NLH, som vitenskapelig partner, og Planteforsk som kommersiell partner. Det siste har sin grunn i at hittil har det vært Planteforsk som kunne utnytte genetiske materialer og teknikk fra prosjektet til praktisk sortsutvikling i engvekster, og føre nye sorter fram til oppformering hos såvareforretninger i Norge og utland. Planteforsk er også underleverandør til vitenskapelig partner, IKB, NLH, når det gjelder testing av fryse-/isdekketoleranse i aktuelle hybridplanter og framstilling av ulike plantematerialer. Fryse- og isdekketesting utføres ved Vågønes forskingsstasjon, mens produksjon av dihaploid raisvingel og planter med introgresjoner foretas ved Fureneset fagsenter.
A. Larsen og L. Østrem / Grønn kunnskap 7(4) 95 Prosjektet er treårig og gjennomføres i årene 2001, 2002 og 2003. Det består av tre hovedarbeidsområder (work packages): 1. Teknologi for å kartlegge og handtere (manipulere) egenskaper. 2. Bruk av androgenesis til framstilling av dihaploide planter fra pollen. 3. Overføring av teknologi til planteforedlere og kommersiell utnyttelse av planter med nye genkombinasjoner. Prosjektet bruker ikke genteknologi og genetisk modifiserte planter. Alle nye kromosom- og genkombinasjoner gjøres ved seksuelle krysninger. Ikke alle hybrider mellom artene er i stand til å utvikle planter fra befrukta eggceller på normalt vis. Derfor brukes uttak av embryo og dyrking på agar med spesielle næringsløsninger, for å få utvikling av normale planter. Haploide planter kan utvikles fra umodne pollenkorn på agar. Dette kalles androgenesis. I prosjektet brukes tetraploide hybridplanter som har to kromosomsett fra Lolium og to sett fra Festuca. Ved utvikling av planter fra pollen av disse, får en individer med et sett kromosomer fra hver av slektene. Disse betegnes som dihaploide planter. Kromosomene fra de to slektene har oftest foretatt overkrysninger og byttet ut segmenter med hverandre. Disse plantene er derfor en verdifull kilde til ny variasjon og de egner seg godt til undersøkelse av recessivt nedarva karakterer. Ved en spesiell fargeteknikk - GISH (Genomisk in situ hybridisering) - kan DNA fra svingel og raigras få forskjellig farge, og kromosomene eller deler av disse kan skilles fra hverandre i mikroskop. En kan dermed følge hvordan overkryssing mellom kromosomer hos svingel og raigras fører til introduksjon av biter i hverandres genomer. Dersom en kan finne DNA-markører ved gener for stresstoleranse, kan en følge hvordan kromosombiter med interessante gener fra svingel overføres til planter av raigras. Slike planter kan så brukes som foreldre i nye krysninger. Ved utvalg etter kjente genetiske markører kan en velge ut planter fra avkom som inneholder de rette genene. Disse kan så brukes ved sammensetning av nye sorter. GISH (Genomisk in situ hybridisering) av kromosomer fra rotpreparat av Lolium-genom (blått) med tre Festuca-segment (rosa). Foto: Liv Østrem
96 A. Larsen og L. Østrem / Grønn kunnskap 7(4) De kommersielle partnerne gjennomfører feltforsøk med et utvalg av interessante plantematerialer i raisvingel. De samme kloner, familier og sorter er med i feltforsøk i alle deltagerlandene. I Norge er forsøkene gjennomført ved Planteforskenhetene Vågønes, Fureneset og Landvik. Materialene er dermed prøvd under svært ulike klimaforhold, og en får resultater både for overvintringsevne i felt, tørketoleranse og vekst og utvikling. Etter to overvintringer skal partnerne gjennomgå resultatene og foreta utvalg av planter med gode egenskaper og genetiske markører knyttet til verdifulle gener/ genkomplekser. Disse utvalgte plantene skal krysses sammen i bestemte grupper og frøhøstes. Frøet fra slike grupper av planter med introduserte kromosomsegmenter fra annen art og med genetiske markører, skal fordeles mellom de kommersielle partnerne som grunnlag for mer effektiv sortsutvikling i raisvingel. Materialer Partnerne har fra starten av prosjektet bidratt med aktuelle plantematerialer av raisvingel og av foreldreartene i svingel og raigras. I tre familier var det framstilt kart for genetiske markører og utført QTL-analyse for egenskaper som frost- og tørketoleranse, og overvintringsevne i felt. To familier var i engelsk raigras fra IGER, Wales, Storbritannia, og en i engsvingel fra IKB, NLH, Norge. Fra alle deltagerne er det med flere populasjoner og familier med ulike hybrider og med introgresjon av kromosomsegmenter. Dette omfatter avkom fra krysninger mellom italiensk raigras x strandsvingel, italiensk raigras x engsvingel, italiensk raigras x Festuca glaucescens, og engelsk raigras x engsvingel. Det er med tilbakekrysninger til en av foreldrene i en og to generasjoner, og framstilte androgene planter (dihaploider) fra flere populasjonene og avkom etter sammenkrysninger og tilbakekryssinger i disse. Resultater En kartlegging av myndighetenes behandling av raisvingel i offisiell verdiprøving og opptak på nasjonale sortslister er fullført. Et notat om ønsket prosedyre for framtidig prøving og listing av raisvingelsorter er sendt EU-kommisjonen.
A. Larsen og L. Østrem / Grønn kunnskap 7(4) 97 Identifikasjon av planter med introduserte kromosomsegmenter som inneholder gener for stresstoleranse og genetiske markører ved disse, har vært vanskeligere og mer arbeidskrevende enn antatt. Arbeidet med genetiske analyser av planter som har vist god motstandsevne ved testing av frost- og tørketoleranse, er intensivert for å finne slike planter som kan krysses sammen og frøformeres kommende sesong. Feltforsøkene og testene av plantene i kontrollert klima har vist at det fins flere planter med introgresjoner av kromosomsegmenter som har gode egenskaper både for overvintring, tørke og fôrproduksjon. Det foretas nå nøyere analyse av dataene fra feltresultatene og av kvalitetsanalyser fra plantene. Partene vil før våren komme sammen for å bestemme utvalg og utveksling av planter for sammenkryssing kommende sesong. Stor variasjon mellom planter av raisvingel i feltforsøket ved Planteforsk Fureneset. Fra første slått 2002. Hver forsøksrute består av fem planter. Foto: Liv Østrem. Konklusjoner Raisvingel ansees i flere europeiske land som en interessant ny art for fôrdyrking. Dette gjelder særlig i områder som er utsatt for stress i form av overvintring og tørke. Nye sorter av arten vil kunne kombinere god varighet med høg fôravling av god kvalitet. Prosjektet har gitt deltagerne god innsikt i status og muligheter ved sortsutvikling i raisvingel. Det vil bedre grunnlaget for mer effektiv sortsutvikling ved ny teknikk og nye genetiske materialer. Raisvingel vil kunne få en mer lik behandling hos sortsmyndighetene i de europeiske land. 7 Planteforsk