Veredeling op groei en ontwikkeling
De groep houdt zich bezig met onderzoek naar de genetische regulatie van fenotypische diversiteit. De twee belangrijkste gewassen waaraan we werken zijn Brassica oleracea/Brassica rapa en aardappel. Voor Brassicae is een van onze belangrijkste doelen het begrijpen van de enorme fenotypische diversiteit van dit genus, variërend van kool tot knolvormende soorten en oliehoudende gewassen, en welke rol de recente genoomtriplicatie hierin speelt. Het hoofddoel van ons onderzoek bij aardappel is begrijpen hoe de knollen zich ontwikkelen. Het klonen van het vroegheidsgen was een belangrijke doorbraak. Hierop borduren we verder met speciale aandacht voor de rol van externe factoren in de knolvorming.
Brassicaonderzoek
Het doel van ons onderzoek naar Brassicae is vooral het begrijpen van de enorme fenotypische diversiteit in dit geslacht. Tot de soort B. oleracea behoren bloemkool, sluitkool, koolrabi, spruiten en boerenkool, en ook B. rapa is divers, variërend van Chinese kool en paksoi tot knolraap en koolzaad. We ontwikkelen kerncollecties en twee-ouderpopulaties van kruisingen tussen verschillende morfotypen voor (associatie)kartering. Verder resequencen we inteeltlijnen, landrassen en moderne hybriden om aanwijzingen voor domesticatie te vinden. Daaruit blijkt dat diversificatie eenvoudiger wordt door de genoomtriplicatie die deze Brassica-soorten gemeen hebben, en dat subgenomische parallelle selectie samenhangt met convergente domesticatie van de verschillende gewassen. We kijken naar de belangrijkste kenmerken, zoals de kropvorming bij sluitkool en de knolvorming bij knolraap en koolrabi. Daarnaast onderzoeken we de bloeitijd en bladontwikkeling, die nauw samenhangen met de diverse morfotypen. Ook doen we onderzoek naar de zaadkwaliteit. Een ander aandachtsgebied is de variatie in glucosinolaten, zowel in de plant als – in samenwerking met voedingswetenschappers – de variatie in de degradatiekinetiek tijdens de voedselverwerking.
Extreme morfologische diversiteit in Brassicae
B. rapa en B. oleracea vertonen een grote variatie in eigenschappen op het gebied van morfologie, ontwikkeling en voedingswaarde. De genetische basis voor deze variatie is grotendeels onbekend. Wij willen begrijpen hoe de genetische regulatie van deze extreme (morfologische) diversiteit in elkaar zit.
Dit onderzoek levert een fundamenteel begrip op over domesticatiekenmerken, en informatie die zeer belangrijk is voor plantenveredelaars bij het selecteren van gewenste fenotypen. We hebben onlangs aangetoond dat de domesticatie van deze extreme variatie eenvoudiger wordt door het drievoudige Brassica-genoom. Door analyse van de genoom-resequencinggegevens van B. rapa en B. oleracea konden we aanwijzingen van domesticatie of selectieve sweeps identificeren voor de vorming van de krop bij sluitkool en de knollen bij knol- en koolraap. Subgenomische parallelle selectie blijkt samen te hangen met morfotypediversificatie en convergente gewasdomesticatie in de twee soorten B. rapa en B. oleracea (knol- en koolraap, en sluitkool).
In deze afbeelding is weergegeven wat de genetische verbanden zijn tussen Aziatische en Europese Brassica-groenten. Links staat B. rapa, met gewassen zoals Chinese kool, paksoi, bladgroenten, koolzaad en Aziatische en Europese knolraap. Rechts staat B. oleracea, met groenten die voornamelijk in Europa zijn gedomesticeerd, zoals bloemkool, kool, broccoli en koolraap, maar ook Chinese boerenkool, die is gedomesticeerd in China.
Glucosinolaten in Brassicae
Glucosinolaten, behorend tot een groep fytochemicaliën die kenmerkend is voor Brassica-soorten, spelen een rol in de interactie met pathogenen en plaagorganismen.
Rollen van glucosinolaten
Er zijn tot 120 verschillende glucosinolaten geïdentificeerd met een gemeenschappelijke kernstructuur. Diverse daarvan hebben anti-carcinogene eigenschappen en ze zijn grotendeels verantwoordelijk voor de karakteristieke smaak en geur van Brassica-soorten.
Centrale onderzoeksvraag
We bestuderen de genetische regulatie van de samenstelling en het gehalte van glucosinolaten in B. rapa. B. rapa bevat andere glucosinolaten dan B. oleracea, zoals glucorafanine, waarvan veel bekend is over de gezondheidsbevorderende eigenschappen. Verschillende stappen in de productieketen (verwerking/voorbereiding) beïnvloeden het gehalte van glucosinolaten met mogelijke positieve effecten voor de gezondheid bij consumptie van groenten uit het geslacht Brassica. Daarom hebben we besloten om de genetische regulatie van glucosinolaten in de keten, van boer tot bord, te onderzoeken in een interdisciplinaire samenwerking met voedingswetenschappers. De focus lag op genetische regulatie van thermische glucosinolaatdegradatie.
Kwaliteit van Brassica-zaad
Brassica-zaden worden zowel voor consumptie- (voornamelijk plantaardige olie) als vermeerderingsdoeleinden (groente- en oliegewassen) gebruikt. Voor beide doeleinden zijn zaden van hoge kwaliteit nodig. De genetische variaties die ten grondslag liggen aan de eigenschappen van zaadkwaliteit en de groeikracht van zaailingen zijn echter complex en worden voor het grootste deel geregeld door meerdere genetische loci die kwantitatieve effecten hebben.
Belangrijkste onderzoeksvraag
Ons doel is om de relatie tussen deze eigenschappen vast te stellen en belangrijke regulerende loci te signaleren. We doen dit door onderzoek te verrichten naar de kwaliteit van zaden, waarbij we de nadruk leggen op het oliegehalte van zaad, zaadontkieming en de groeikracht van zaailingen. De verzamelde informatie wordt verwerkt in strategieën om deze belangrijke agronomische eigenschappen in zowel B. rapa als B. napus te kweken om daarmee het klonen van causatieve genen te versnellen.
Onderzoekspopulaties
Om de regulering van zaadkwaliteit te ontleden, verzamelen we zaden tijdens de olieafzetting (zaadvullingsfase) van dubbele haploïde populaties van B. rapa voor genexpressie-analyses. Daarnaast worden rijpe zaden uit beide populaties verzameld om de eigenschappen van zaadkwaliteit en groeikracht van zaailingen te analyseren onder optimale en onder extreme omstandigheden (stresstests).
eQTL-onderzoeken
Alle micro-arraygegevens worden geanalyseerd voor eQTL. Met behulp van bio-informaticatools worden regulerende netwerken opgezet. Met deze innovatieve aanpak worden niet alleen de Quantitative Trait Locus (QTL) en de kandidaatgenen die ten grondslag liggen aan de QTL voor belangrijke eigenschappen van zaadkwaliteit en groeikracht van zaailingen geïdentificeerd, maar wordt ook de relatie tussen deze eigenschappen vastgesteld.
- Helaas, uw cookie-instellingen zijn zodanig dat de video niet getoond kan worden - pas uw permissie voor cookies aan
Aardappelonderzoek
Bij aardappel spelen de vorming van de knollen en het moment waarop ze ontstaan een zeer belangrijke rol bij het bepalen van de uiteindelijke grootteverdeling, het aantal knollen en de totale opbrengst. In 2013 hebben we in Nature gepubliceerd over de identificatie van een belangrijke knolvormingsregulator bij aardappel, die de levenscyclus van het gewas aanstuurt. Verder is er onderzoek gedaan naar de belangrijke rol van hormonen in dit proces. Ons huidige onderzoek is een vervolg hierop. Onze focus ligt op de interactie tussen de bloeiregulering en de regulering van de knolvorming bij de aardappel en de effecten van omgevingsstress op de knolvorming.
Publicaties
Team
Onderzoeksteam
Andere medewerkers
- Xiaoxue Sun
- Sara Bergonzi
- Chengchneg Cai
- Lorena Ramirez Gonzalez
- Jorge Aleman Baez
- Li Shi
- Zihan Liu