Hoe veredel je voor duurzame resistentie in aardappel en de rol van moleculaire merkers?
Edith Lammerts van Bueren Louis Bolk Instituut, Wageningen University DNA labs, 8 maart 2013
De schrik van elke aardappelteler - DE aardappelziekte: phytophthora! -
Andes: oorsprongsgebied van de aardappel
Er zijn nog resistente wilde soorten!
Andes
Wageningen
Kruisen van wilde soort naar cultuuraardappel is een lange weg…….
Hoe gaat kruisen? Stap 1: stuifmeel verzamelen
1: de bloem
2: emasculeren
3: stuifmeel verzamelen
Hoe gaat kruisen? Stap 2: Bestuiven
4: stuifmeel op de stamper brengen
5: uitgroeien tot bessen
Hoe gaat kruisen? Stap 3: Zaden oogsten, uitzaaien en planten
Opleiding boerenkwekers
Selectie door boerenkwekers - 1 Eerste stap:
Selecteer alle aangetaste planten weg.
Selectie door boerenkwekers - 2 slechte knolvorm
schurft
3e jaars kloontjes terug naar de veredelingsbedrijven voor verdere selectie
Selectie op 1 resistentiegen kan makkelijk op het oog (fenotypisch) in het veld Maar hoe te selecteren als je 2 resistentiegenen wilt combineren in 1 ras??
Definitie: Merker gestuurde selectie (marker assisted selection MAS) verwijst naar gebruik van DNA merkers ter vervanging van of ter ondersteuning van fenotypische selectie van gewenste planttypen uit een populatie nakomelingen. Voorwaarden: Er zijn geschikte DNA merkers voorhanden die betrouwbaar fenotype voorspellen Ze zijn nauw-verbonden met doellocatie op chromosoom
Merker = ‘piketpaaltje’ of ‘vlaggetje’ voor indirecte selectie
chromosome 11 0
P+AA/M+CCC_600
5
E+ATT/M+CGA_xx E+AGA/M+CCA_xx E+ACT/M+CTT_xx E+ACT/M+CTT_xx E+AAC/M+CAG_xx E+ACA/M+CAC_xx
6
11
E+ACA/M+ACT_xx E+ACA/M+CAC_xx
16 17
P+AA/M+CGC_140 E+AAC/M+ACC_xx P+CT/M+CGG_115 E+AAC/M+ACG_xx
22 23 24
RMc1-hou P+AA/M+CAC_302 M39b
gene of interest
identify associated marker
phenotypic evaluation
SR S S RS S S S S SR S S RRS S R
Beschikbare merkers voor phytophthora resistenties GEN R1 R2 R3a R3b R4
CHROMOSOOM 5 4 11 11 11
MERKER JA JA JA JA NEE
R8 R9 Rpi-blb2 Rpi-edifri Rpi-iop
9a 9b 6 bekend bekend
JA JA JA JA NEE
Rpi-blb1 Rpi-chc1 Rpi-mcd1 Rpi-vnt1
8 10 4 9c
JA JA JA JA
Wanneer gebruik je moleculaire merkers? • Selectie van resistente klonen • Stapelen van resistentiegenen • Identificatie van resistentiegenen
MERKER-GESTUURDE SELECTIE P1
x
vatbaar
P2 Resistent
F1
F2
Geselecteerde (gewenste) planten
Wanneer gebruik je moleculaire merkers? • Selectie van resistente klonen • Stapelen van resistentiegenen • Identificatie van resistentiegenen
Stapelen van resistentiegenen van 2 verschillende resistentiebronnen (wilde ouders) in nakomelingen Veredelingsschema
P1 x Gen A
P1 Gen B
Genotypes
P1: AAbb
F1 Gen A + B
F2 MAS
Selecteer F2 planten die zowel Gen A als Gen B hebben meegekregen
P2: aaBB
x
F1: AaBb
F2
AB
Ab
aB
ab
AB
AABB
AABb
AaBB
AaBb
Ab
AABb
AAbb
AaBb
Aabb
aB
AaBB
AaBb
aaBB
aaBb
ab
AaBb
Aabb
aaBb
aabb
Ouder 1 1
2
3
Ouder 2 4
1
2
3
4 1
2
3
MAS
Merker-gestuurde selectie = merker gelinked aan gewenste allel voor die eigenschap
4
Hoe te werk?
(1) BLADPONSJES VERZAMELEN
(2) DNA EXTRACTIE
(3) PCR
(4) GEL ELECTROPHORESE
(5) MERKER ANALYSE
1 2 3 4 5 6 7 8 91011 1 2 3 4 5 6 7 8 91011
plant genotypes
Toepassing: • similarity analysis en identificatie gewenste genotypen
1
2
3
4
5
6
7
8
9
1 0
m1
0
0
0
0
0
0
0
1
0
0
0
m2
0
0
0
0
0
0
0
0
0
1
0
m3
0
0
0
0
0
0
0
1
0
0
1
m4
1
1
1
1
1
1
1
1
0
1
1
m5
0
0
0
0
0
1
0
0
0
0
0
m6
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
m7
1
1
1
1
1
0
1
1
1
1
1
m8
1
1
0
1
1
1
1
0
1
1
1
m9 m10 m11 m12 m13 m14
1 1
MERKER-GESTUURDE SELECTIE P1
x
vatbaar
P2 Resistent
F1
F2
Geselecteerde (gewenste) planten
MERKER-GESTUURDE SELECTIE P1
x
vatbaar
P2 Resistent
F1
F2
Grote populaties nodig van 1000n planten
Geselecteerde (gewenste) planten
MAS voor 1 gen – 75% eliminatie (3/4) ongewenste genotypes MAS voor 2 genen – 94% eliminatie (15/16) ongewenste genotypes
Wanneer gebruik je moleculaire merkers?
• Selectie van resistente klonen • Stapelen van resistentiegenen • Identificatie van resistentiegenen
Identificatie resistentiegenen in bestaande rassen RAS/GEN
R1
R2 R3a R3b Rpi-blb1 Rpi-blb2 Rpi-chc1 R8
R9 Rpi-edn Rpi-mcd1 Rpi-vnt1
RAS 1
0
0
1
0
0
1
0
0
0
0
0
0
RAS 2
0
1
1
1
0
1
0
0
0
0
0
0
RAS 3
1
1
1
1
0
1
0
0
0
0
0
0
RAS 4
0
0
1
1
0
0
0
1
0
0
0
0
RAS 5
1
0
0
1
0
0
0
1
0
0
0
0
RAS 6
0
0
1
1
0
0
0
1
0
0
0
0
RAS 7
0
0
1
1
0
0
0
1
0
0
0
0
RAS 8
0
0
1
1
0
0
0
1
0
0
0
0
Waar moleculaire merkers toepassen?? Pre-breeding 1 2 F1
Commerciële veredeling
3 4 5 BC1
: kruisingsjaar : selectiejaar
6 7 8 9 BC2
?
10 11 12 13 14 15 BC3 16 17 18 19 BC4
Boerenkwekers – visuele selectie op basale kenmerken
?
?
20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 Commerciele kruising en selectie
Professionele kweker meerdere proefvelden : • opbrengstniveau • resistenties • kwaliteit • adaptaties
Jaarlijkse cyclus en opvolging in de jaren daarna Jaar 2008 2009 2010 2011 2012 2013 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17
kruising zaaien kruising 1000 zaaien kruising 150 1000 zaaien kruising 50 150 1000 zaaien kruising 18 50 150 1000 zaaien kruising 9 18 50 150 1000 zaaien 4 9 18 50 150 1000 2 4 9 18 50 ENZ. 1 0 4 9 18 1 0 2 4 9 1 0 1 2 4 X 0 1 0 2 X 0 0 1 X 0 1 X 1 Nieuw Ras 31
MERKER-GESTUURDE SELECTIE P1
x
vatbaar
P2 Resistent
F1
F2
Grote populaties nodig van 1000n planten
Geselecteerde (gewenste) planten
MAS voor 1 gen – 75% eliminatie (3/4) ongewenste genotypes MAS voor 2 genen – 94% eliminatie (15/16) ongewenste genotypes
Waar moleculaire merkers toepassen?? Pre-breeding 1 2 F1
Commerciële veredeling
3 4 5 BC1
: kruisingsjaar : selectiejaar
6 7 8 9 BC2
10 11 12 13 14 15 BC3 16 17 18 19 BC4
Boerenkwekers – visuele selectie op basale kenmerken
20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 Commerciele kruising en selectie
Professionele kweker meerdere proefvelden : • opbrengstniveau • resistenties • kwaliteit • adaptaties
Aardappelveredelingsschema Jaar
Professioneel veredelingsbedrijf
Boerenkweker
1 (F1, aantal klonen)
60.000
8.000
2
3200 (5%)
160 (2%)
3
750
20
4
150
4-6
5
30
3
6
10
2
7
26
1
8
1-3
0-1
9
0-2
ras?
0 (kruising)
Waarom (nog) niet breed toegepast? • Faciliteiten niet beschikbaar • Merkers zijn niet altijd kost-effectief • Afhankelijk van nauwkeurigheid genetisch kaart studies • QTL effects (complexe eigenschappen) mogelijk afhankelijk van genetische achtergrond of beinvloedt door milieufactoren • Gebrek aan merker-polymorphisme in veredelingsmateriaal (goede onderscheidbaarheid) • Nog beperkte integratie van moleculaire genetica en klassiek veredeling
HET BIOIMPULS TEAM
