Jest stare powiedzenie o najlepiej ułożonych planach myszy i ludzi, którzy często kończą się niepowodzeniem. Pomimo całej pracy, jaką wkładamy w hodowlę nasion, aby uzyskać jak najlepsze plony, natura znajduje sposób, aby nas udaremnić – czy to poprzez stres biotyczny, czy abiotyczny.

W tym tygodniu w Seed Speaks nasza publiczność mogła spotkać trzy osoby wykonujące nową, ekscytującą pracę w trzech różnych obszarach. Ich praca jest na tyle znacząca, że ​​gwarantuje im status stypendystów Canadian Plant Breeding Innovation Awards 2024.

Rajbir Kaur z Uniwersytetu w Manitobie robi tytuł magistra i koncentruje się na zwiększaniu odporności rzepaku na pękanie strąków przy użyciu technologii edycji genów CRISPR-Cas9; Sheila Maria Pereira de Andrade studiuje na Uniwersytecie Saskatchewan, a jej badania doktoranckie obejmują wykorzystanie obrazów rentgenowskich i RGB do wykrywania ziaren pszenicy uszkodzonych przez fusarium; oraz Laura Esquivel Garcia z McGill University zdobywają tytuł magistra, pracując nad projektem w ramach kanadyjskiej inicjatywy Sclerotinia Initiative, badającym patogen atakujący wiele upraw. Projekt obejmuje badania różnorodności genetycznej, ze szczególnym uwzględnieniem sekwencjonowania genomu patogenu. Celem jest zebranie cennych informacji genomicznych do wykorzystania w wysiłkach hodowlanych.

Cała trójka dołączyła do gospodarza Marca Zienkiewicza, aby wyjaśnić wartość swojej pracy.

Koniec rozbicia kapsuły?

Kaur zauważył, że rzepak odporny na pękanie ma kluczowe znaczenie dla utrzymania jednorodności plonów i minimalizacji strat. Główną motywacją jej pracy jest stworzenie hybrydy odpornej na pękanie, specjalnie dostosowanej do użytku na uniwersytetach publicznych.

„Chociaż firmy oferują odmiany odporne na pękanie, często wiążą się z nimi opłaty licencyjne i ograniczenia licencyjne, które uniemożliwiają ich wykorzystanie w publicznych programach hodowli” – mówi.

Początkowo jej zespół wykorzystał technologię CRISPR do transformacji dwóch genotypów rzepaku, w szczególności Brassica napus, za pomocą wektora CRISPR. Zebrali i przetestowali setki powstałych nasion, genotypując je za pomocą PCR. Na szczęście zidentyfikowali pozytywne mutanty z pożądaną insercją Cas9.

„Obecnie jesteśmy na etapie oczekiwania, aż rośliny dojrzeją, aby móc przeprowadzić ocenę fenotypową. Zapewni to wgląd w to, jak dobrze gen został włączony i czy nasze zmodyfikowane rośliny wykazują tolerancję na pękanie w porównaniu z roślinami typu dzikiego lub innymi roślinami Brassica napus”.

Rozpoznawanie sklerotynii

Garcia ma nadzieję lepiej poznać skład genetyczny Scleroinia sclerotiorum, która jest najkosztowniejszą chorobą rzepaku w Kanadzie.

„Dzięki naszym współpracownikom i rolnikom, którzy pomogli w pobieraniu próbek, udało nam się pozyskać zbiór danych zawierający próbki izolatów mających obecnie wpływ na pola komercyjne” – mówi. Ten zbiór danych zapewnia kluczowy wgląd w obecną populację patogenu w trzech kanadyjskich prowincjach: Ontario, Quebec i Alberta.

„Zrozumienie tej populacji ma kluczowe znaczenie dla naszej pracy. Oprócz samego zbioru danych udało nam się zebrać ważne informacje poprzez fenotypowanie patogenu. Scharakteryzowaliśmy je na podstawie grupy zgodności grzybni, do której należą, i określiliśmy poziom patogeniczności pobranych próbek.”

Informacje te mają znaczenie, szczególnie przy wyborze najbardziej agresywnych izolatów do badań przesiewowych w programach hodowli roślin. W przypadku jej zespołu skupiają się na fasoli zwyczajnej, która obecnie wykazuje jedynie umiarkowaną odporność na ten patogen.

„Wykorzystując te cenne dane fenotypowe dotyczące białej pleśni, czynimy postępy w zwiększaniu odporności. Co więcej, w naszym laboratorium pomyślnie zsekwencjonowano cały genom wszystkich próbek. Mając jasne zrozumienie sposobu rozmnażania i podziału na grupy, zagłębiamy się w aspekt genomiki, aby zidentyfikować różnice w genomie patogenu”.

Foliowanie Fusarium

Andrade koncentruje się na istotnym problemie występującym w zachodniej Kanadzie — zarazie głowy Fusarium. Choroba ta stwarza duże zagrożenie dla plonów i jakości ziarna, prowadząc do rozwoju fusarium uszkodzonych ziarniaków. Dodatkowo patogen wytwarza mikotoksyny, niebezpieczne zarówno do spożycia przez ludzi, jak i zwierzęta.

Aby uporać się z tym problemem, zagłębia się w genom pszenicy, w szczególności badając geny związane z opornością, poznając zjadliwość patogenu i badając interakcje żywiciel-patogen.

„Chociaż niektóre badania genetyczne zidentyfikowały loci cech ilościowych związanych z odpornością pszenicy, w pełni odporna odmiana pszenicy pozostaje nieuchwytna ze względu na złożony charakter odporności obejmujący wiele genów” – mówi.

„Fenotypowanie, w szczególności wykrywanie uszkodzonych jąder fusarium, jest procesem czasochłonnym i czasami zawodnym. Co więcej, na postęp choroby duży wpływ mają czynniki środowiskowe.”

Celem jej projektu jest poprawa fenotypowania jąder uszkodzonych przez fusarium. Osiągając dokładniejszy fenotyp, badacze mogą przeprowadzić bardziej precyzyjne badania genetyczne. To z kolei przyczynia się do poprawy bezpieczeństwa żywności poprzez lepsze poznanie czynników genetycznych wpływających na odporność na zarazę głowową Fusarium.

„Ostatecznym celem jest poczynienie postępów w opracowywaniu strategii zwiększających odporność upraw i łagodzących wpływ tej szkodliwej choroby zarówno na produktywność rolnictwa, jak i bezpieczeństwo żywności” – dodaje.

Nagrody CPBI — które powstały w 2020 r., kiedy nagrody Seed of the Year i Canadian Plant Breeding and Genetics Awards połączyły się pod jednym parasolem — są okazją do wyróżnienia hodowców roślin na różnych etapach ich kariery.

Stypendia innowacyjne CPBI (dawniej stypendia Seed of the Year) nagradzają wschodzących młodych hodowców roślin. W tym roku stypendia cieszą się wsparciem 11 wspaniałych sponsorów (patrz poniżej), a rozdano trzy stypendia o wartości 3500 dolarów. Odbiorcy są wybierani co roku przez zwycięzcę naszej nagrody Plant Breeding & Genetics Award, którą jest David Lee na rok 2024.