Genomics: een doorbraak in de strijd
De aardappelziekte
tegen de aardappelziekte?!
De aardappelziekte n n n n n
n
Wel of geen infectie?
Veroorzaakt door Phytophthora infestans Verantwoordelijk voor hongersnood 19e eeuw Nog steeds geen afdoende oplossing Ingebouwde resistenties snel doorbroken Opbouw resistentie tegen gebruikte fungiciden Welke plant/pathogeen specifieke factoren zijn betrokken bij infectieproces?
Resistentie factoren
Herkenning tussen plant en pathogeen fungus
verwacht
Avr
LRRs
Avr
bacterium
R
waargenomen Avr
?
R
extracellular
TM
cytoplasm
(kinase)
(LZ/CC/ TIR) NBS LRRs
virus Avr
Activatie van diverse signaal-transductie routes
11
R genen
Signaal-transductie routes
n
Genetisch gekarteerd • • • •
n
R1-R11 (S. demissum) Rpi-blb (S. bulbocastanum) Rpi-ber (S. berthaultii) Rpi-pin (S. pinatisectum)
Gekloneerd • R1 (chr. 5) • Rpi-blb (chr. 8)
n
Worden gekloneerd • R2, R3, R7 • Rpi-blb2
Rpi-blb: werkt in S. tuberosum achtergrond
Controle
+ Rpi-blb
n
Genproducten die het afweersysteem van de plant prikkelen Cultivar specifieke avirulentie-genen (gen-om-gen) l l l
n
Avr1 - 11 Avrblb1 - ? Pex1 - ?
Controle
+ Rpi-blb
Centre for Biosystems Genomics:
Elicitoren n
Rpi-blb: functioneel in tomaat
R1-R11 uit S demissum Rpi-blb - Rpi-blb? uit S. bulbocastanum Rpi uit wilde Solanum soort
Resistentie in aardappel (P. infestans) n n n n
P1: Elicitor-receptor onderzoek P2: Aardappel-P. infestans interactie netwerk P3: R-gen cluster sequencing P4: Systematische analyse van nieuwe resistentiebronnen (wilde Solanum soorten)
Host specifieke avirulentie-genen (non-host) l l
Inf1 - Inf? Pex?
Rpi-nb uit N. benthamiana R? Uit Nicotiana spp., Arabidopsis …..
Welke plant/pathogeen specifieke factoren zijn betrokken bij infectieproces?
22
P1: Elicitor-receptor onderzoek
P1: Elicitor-receptor onderzoek Genetische variatie
n
Doelstellingen l l l l
Identificatie Avr genen die herkend worden door gekloneerde (R1, Rpi-blb) en niet volledig doorbroken R genen (R5, R8,R9) via binaire PVX system
Identificatie nieuwe bronnen van resistentie Identificatie van interacterende R en Avr genen Moleculair inzicht vergroten m.b.t. (a)virulentie loci Ontwikkeling merkers waarmee virulentie van Nederlandse P. infestans isolaten onderzocht kan worden
Identificatie nieuwe set elicitors via bioinformatica (Pex clones)
BAC sequencing
HTP analyse resistente Solanum accessies met binary PVX system
Nieuwe elicitor genen
P2
Nieuwe R genen
Phytophthora resistentie toets 1000 wilde Solanum accessies Mapping
P4
Screening Solanum soorten met Pex clones
P2: Aardappel-P. infestans interactie netwerk n
Doelstellingen l
Pex1 Pex2 Pex3 Pex4 Pex5
l l
Identificatie en karakterisering van plant en pathogeen specifieke genen betrokken bij compatibele en incompatibele interacties tussen aardappel en P. infestans Overeenkomsten en verschillen identificeren tussen verschillende resistentie mechanismen Ontwikkeling merkers voor specifieke resistentie mechanismen
Pos control
22 days after inoculation
P2: Aardappel-P. infestans interactie netwerk Infectie tijdreeks van compatibele en incompatibele interacties tussen aardappel en P. infestans (RNA isolatie)
Bepalen cruciale tijdstippen middels cDNA-AFLP analyses
P1
MIPS: Multiple Imaging of Plant Stress
Genetische variatie
Identificatie genen waarvan de expressie verandert tijdens de interactie tussen plant en pathogeen middels micro-arrays
Selectie relevante sets van ESTs (afweer gerelateerd, transcriptiefactoren, Pex clones 1. TIGR aardappel EST database (94.000) 2. P. infestans EST database (72.000) 3. Ontwikkeling micro-array
Functionele analyse van candidaat genen (VIGS)
Genetisch kartering
33
MIPS: Multiple Imaging Phytophthora Stress
cDNA-AFLP analyse: informatieve tijdstippen T= 0
Kleur opname
6
8
10 12
14
P3: R-gen cluster sequencing n
Doelstellingen l l l l
P3: R-gen cluster sequencing
Kartering in UHD AFLP kaart (10.000 AFLPs)
Screen BAC banken (SH and RH)
Identificatie van alle R gen clusters in aardappel Sequencen van zoveel mogelijk R gen clusters Inzicht verwerven in de evolutie van R genen Ontwikkelen van specifieke merkers voor de R gen clusters van aardappel
R gen probes Evolutionaire studies
Alle bestaande R gen sequenties selecteren uit publieke sequentie databases en vergelijken met elkaar
Identificatie en isolatie nieuwe set R gen sequenties: NBS-profiling in SHxRH
4
CF opname
Micro-arrays
Set probes ontwikkelen
2
n
Arabidopsis (~465) l
~100
l
~65
l
~30
l
~170
l
~100
BAC sequencing
BAC fingerprinting
Markers
44
P4: Systematische analyse resistentiebronnen n
Doelstellingen l l l l
Systematische verwantschapsanalyse wilde Solanum accessies Rationele keuze van resistentiebronnen Identificatie set kruisingsouders (intra- en interspecifieke kruisingen) Kartering R loci
P4: Systematische analyse resistentiebronnen Selectie van 1000 knol-dragende wilde Solanum accessies van CGN en KUN collecties
Systematische fingerprinting van geselecteerde accessies (AFLP and NBS profiling)
Phytophthora resistentie screening geselecteerd Solanum accessies (P1)
Selectie van een set van ouders waarmee intra- en interspecifieke kruisingen gemaakt kunnen worden. Selectie op basis van: - phylogenetische verwantschappen - AFLP and NBS profiles - resistantie niveau/mechanisme
Kartering R genes
R gen merkers (P3)
Bundeling van kennis en expertise
Genomics: een doorbraak in de strijd tegen de aardappelziekte!? Nee Wie weet Hopelijk Waarschijnlijk wel
Ja
Betrokken partijen WUR n
Plant Research International l BU Genomics l BU Celcybernetica
Industrie n n n n
n
WU l Lab. Plantenveredeling l Lab. Fytopathologie l Lab. Nematologie
n n n n n
Agrico Research Avebe Averis HZPC Meijer van Rijn Keygene VAVI HPA
55
