FruitBreedomics

Project

FruitBreedomics

De Europese fruitsector staat voor economische en financiële uitdagingen ten gevolge van sterke internationale competitie en afnemende consumptie, toenemende eisen voor duurzame productie, en veranderende eisen aan rassen t.g.v. klimaatsveranderingen. Alle Europese veredelingsprogramma’s streven er naar om nieuwe rassen te introduceren die tegemoetkomen aan deze uitdagingen. Echter, resultaten komen slechts langzaam ten gevolge van een aantal kenmerken die inherent zijn aan de huidige manier van houtige fruit gewassen: lange termijn, lage efficiëntie en daardoor hoge kosten.

Doel

Europese fruit sector te voorzien de nieuwste technologieën en instrumenten die de veredelings-efficiëntie verhogen en de veredelingscyclus verkorten. Dit om beter en versneld nieuwe appel en perzik rassen te kunnen ontwikkelen met excellente vruchteigenschappen, een verbeterde resistentie tegen ziekten, en die ook geteeld kunnen blijven worden bij een verdere opwarming van de aarde.

Een belangrijk te ontwikkelen instrument is/was is een gevalideerde pijplijn voor merker gestuurde veredeling, en de implementatie hiervan in enkele veredelingsprogramma’s.

Werkwijze

Voor een reeks van bekende resistentie en vruchtkwaliteit genen ontwikkelt en valideert het project grootschalig toepasbare SNP merkers.  Voor andere, tuinbouwkundig belangrijke eigenschappen zet het project zich in om de genetische basis op te helderen d.m.v. merker studies. Hierbij worden twee benaderingen gebruikt: een door Wageningen UR ontwikkelde stamboom benadering (Pedigree Based Analyses), en een zogenaamde LD-benadering. Eigenschappen die aandacht krijgen zijn o.a. smaak, uiterlijk, bewaarbaarheid, uitstalleven, koude behoefte (voor een goede bloemaanleg),  en resistentie tegen een aantal lastige ziekten zoals vruchtboomkanker (appel).

Ten behoeve van de genetische studies worden er SNP chips ontwikkeld waarmee het mogelijk wordt om individuen snel, accuraat en ‘goedkoop’ genetisch te kunnen karakteriseren. Ook wordt er software ontwikkeld voor het gebruik van deze merkers te vergemakkelijken / verbeteren in de genetische analyses. De nieuw ontwikkelde SNP merkers zullen geordend worden op basis van de referentie genoom sequentie of, indien de sequentie niet volstaat, door middel van of de een genetische kaart. De merker gegevens zullen ook gebruikt worden om de missende stamboomgegevens van rassen en selecties zoveel mogelijk op te helderen, om zo de stamboombenadering te versterken en het inzicht in de in de veredeling gebruikte genetische variatie te vergroten.

Ook ontwikkelt het project methoden om complexe eigenschappen beter te kunnen beschrijven (fenotyperen). In de veredeling is het bijvoorbeeld lastig om in een vroeg stadium een goed beeld te krijgen van de bewaarbaarheid van een kruisingsnakomeling. Aan de ene kant is er maar weinig fruit beschikbaar (één of enkele bomen). Aan de andere kant is het een kostbare zaak om fruit 6 tot 12 maanden te bewaren om te kijken of er schade aan schil of vruchtvlees optreed t.g.v kou en CO2. Een van de onderzoeksvragen van het project was, of er een snelle, eenvoudige en relatief goedkope test voor bewaarbaarheid ontwikkeld zou kunnen worden.

Het project ontwikkelt ook pre-competitief veredelingsmateriaal waarin een aantal resistentiegenen gestapeld zijn. Daarnaast zal het nieuw opkomende veredelingsmethoden en technieken die elders ontwikkeld zijn, zoveel mogelijk uittesten. Ook ontwikkelt het project een database, waarvan de inhoud uiterlijk November 2017 openbaar wordt.

Resultaten - Appel

Merkergestuurde veredeling

Voor een reeks van bekende genen is zijn adequate SNP merkers ontwikkelt die betrouwbaar en grootschalig gebruikt kunnen worden. Deze merkers zijn gevalideerd d.m.v. hun gebruik in een aantal veredelingsprogramma’s. Een wetenschappelijke publicatie is onderweg. De ervaringen van een veredelaar werden op een Eucarpia bijeenkomst gepresenteerd (Kellerhals et al. 2015).

SNP chips

Er is een 20K Infinium en een 487K Axiom chip ontwikkeld (Bianco et al. 2014, 2015)

Nieuwe software

  • ASSisT: voor het automatisch filteren en scoren van Infinium merkers (Di Guardo et al. 2015), ASSIsT is vrij beschikbaar.
  • Fq-Haplotper: voor het maken van SNP haploblokken en haplotypen. Dit maakt het mogelijk om de grote van data files sterk te reduceren zonder verlies van informatie. Hierdoor wordt de aanspraak op computertijd en geheugen aanzienlijk verminderd en worden de data ook geschikt voor visuele interpretatie. 
  • Haploblok Agregator, verhoogt de kwaliteit van geïntegreerde genetische SNP kaarten. Het combineert informatie van nauw gekoppelde merkers met verschillende uitsplitsingspatronen, hetgeen het aantal storende missende waarden tot een minimum beperkt. Deze software komt binnenkort vrij beschikbaar.
  • De FlexQTLTM software van Wageningen UR voor QTL analyse over meerdere kruisingsfamilies is geschikt gemaakt voor toepassing op SNP merker (Computer tijd, grote aantallenmerkers met een geringe informatie per individuele SNP). Ook is deze software uitgebreid met een grafische interface.

Genetische kaart & genoom sequentie

Er is een genetische kaart gemaakt gebaseerd op 21 kruisingsfamilies en met meer dan 15 duizend SNP merkers. De kwaliteit van deze kaart wordt onderstreept door zijn geringe lengte, terwijl hij genoom dekkend is en het meer merkers heeft dan enig ander gepubliceerde appelkaart (Di Pierro et al. 2015). Deze kaart is gebruikt voor het verbeteren van de genoomsequentie van appel, welke inmiddels publiek toegankelijk is.

Stamboomgegevens

Voor meer dan 100 rassen en selecties zijn de (echte) ouders achterhaald.

Phenotypering, Een bewaarbaarheid stres test: Een eerste, snellere test voor bewaarbaarheid gaf positieve resultaten. Er konden betrouwbare uitspraken gedaan worden m.b.t schade door kou of CO2. Voor deze methode waren echter nog steeds 3 maanden en 40 vruchten per ras nodig. Momenteel is een veel snellere test in ontwikkeling Hierbij wordt een stress test van  slechts 1 week aan 20 appels gecombineerd met gegevens over de expressie van een aantal genen. Het lijkt erop dat eventuele schade goed beschreven worden door de expressie van een beperkt aantal genen. Enige tussentijdse resultaten zijn gepresenteerd op een Eucarpia symposium (Mes et al., 2015).

Nieuwe veredelingsmethoden

Genomic selection is een nieuwe benadering voor merkergestuurde veredeling. Deze benadering is ontwikkeld in de veefokkerij, en wordt momenteel ook in enkele grote akkerbouwgewassen toegepast.  FruitBreedomics heeft een bijdrage geleverd in het testen van deze nieuwe benadering in appel en perzik, met positive resultaten (Kumar et al. 2012 a, b; Bink et al. 2015, Biscarini et al., 2015).

Publicaties