Masters Onderwerpen 2013 Mark W. DAVEY
[email protected] Wannes KEULEMANS
[email protected]
madav – MSc 2013
website http://www.biw.kuleuven.be/biosyst/plantenbiotechniek/Fruitgenetics/LFBB/education
madav – MSc 2013
Lijst onderwerpen 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8.
9.
10. 11. 12.
De genetische controle van plantarchitectuur in appel Polystress: rol van polyploïdisatie in de (a)biotische stressresistentie in appel Identificatie van VTC-2 allelen die de vitamine C inhoud bij appel reguleren. Profiling van genen van vitamin C metabolism tijdens rijping in ETH-mutants in tomaat Onderzoek van gDNA sequenties van het perenschurftpathogeen Venturia pirina Merker – vruchteigenschap associaties en toepassingsmogelijkheden van deze merkers in een appelveredelingsprogramma Antioxidanten als belangrijke factor voor de resistentie van appel vruchten tegen Botrytis cinerea. Genetische diversiteit en pathogeniciteit typering van de schimmel Venturia pirina, veroorzaker van schurft bij de Europese peer (Pyrus communis). De latente aanwezigheid van de schurftschimmel bij peer gedetecteerd via real-time PCR en bepaling van inoculumdrukvermindering na bestrijding via duurzame bladbehandelingmethodes. Moleculair genetische analyse van de bloemknopvorming en de verschillen in bloemknopkwaliteit en vruchtkwaliteit bij Conference peer. Kunnen bij de perencultivar Conference dikkere vruchten van een betere kwaliteit geteeld worden door verbetering van de bloemknopkwaliteit? Analyse van de overexpressie van druivenlijnen, getransformeerd met die genen die betrokken zijn bij plantdefensie.
madav – MSc 2013
A. Moleculaire merkers voor veredeling 1. De genetische controle van plantarchitectuur in appel 5. Onderzoek van gDNA sequenties van het perenschurftpathogeen Venturia pirina 6. Merker – vruchteigenschap associaties en toepassingsmogelijkheden van deze merkers in een appelveredelingsprogramma
madav – MSc 2013
1. De genetische controle van plantarchitectuur in appel Context
Aangepaste boomvoorm leidt tot: • Minder snoeien • Lager gebruik van chemicaliën • Vroegere en verbeterde productie • Verbeterde vruchtkwaliteit Maar: • Beperkte gegevens over architectuurtypes • Complexe genetische controle – welke genen?
Verschillende boomvormen in appel madav – MSc 2013
1. De genetische controle van plantarchitectuur in appel doelstellingen
Beter inzicht in boomvormtypes • Waarnemingen op 4-jarige planten • Data 2 voorgaande jaren beschikbaar
phenotypering
200 genotypen madav – MSc 2013
1. De genetische controle van plantarchitectuur in appel
Karakterisatie kandidaatgenen •
Definiëren en screenen allelen m.b.v. PCR
Belang van genen en allelen voor architectuurtypes • •
NGS and SNP data Vertakking, dominantie, hormonen,..
Expressieverloop kandidaatgenen Van dormante knop tot bloeiperiode • •
regulatie van vertakking
Gebruik van qPCR RNA beschickbaar genexpressie
madav – MSc 2013
5. Genetische diversiteit in Venturia pirina Context
resources
• “Perenschurft” (Venturia pirina), is de meest belangrijkste ziekte bij peren in België. • weinig onderzocht en kennis onder genetische diversiteit en pathogeniciteit nog onbeantwoord. • “next generation sequencing” van gDNA van 12 verschillende V. pirina rassen die geïsoleerd zijn uit verschillende boomgaarden.
V. pirina
Peren schurft
madav – MSc 2013
5. Genetische diversiteit in Venturia pirina doelstellingen
• Genetische diversiteit tussen rassen definiëren (sequence polymorfismes) • inzichten te verkrijgen in verschillen in pathogeniciteit • Ontwikkeling en testen van ras-specifieke merkers (SNPs, SSRs..) gDNA contig alignments
output
Merkers • SNPs, SSRs • populatie structuur • pathogeniciteit SSRs
madav – MSc 2013
6. MAS in een appelveredelingsprogramma Context
resources
• Appel heeft een lange juveniele periode en een hoge graad van heterozygositeit (obligaat ‘outcrosser’) • het veredelen naar verbeterde vruchteigenschappen in appel is traag en complex. • Het ontwikkeling van moleculaire merkers kan het hele process versnellen. “Marker Assisted Selection (MAS)” • Samenwerking met een appel veredelings bedrif (“Better3Fruit”, Rillaar). • veel data over meerdere jaaren (textuur, zuurtegraad, voedingswaarde en bewaarbaarheid..) • Genotype (SNP-merker data), voor ~200 cv’s • Marker – trait associaties (QTLs) • Database van ~500,000 SNPs! madav – MSc 2013
6. MAS in een appelveredelingsprogramma Doestelling
• ontwikkeling en validatie van moleculaire merkers voor MAS van vruchteigenschappen
werkplan
• Op basis van bestaande QTL – data associaties tussen polymorfismen (SNPs, indels, SSRs) en fysiologische vruchteigenschappen identificeren. • In samenwerkinge met Better3Fruit nv. zullen deze merkers gevalideerd worden door voorspellingen te testen in een grotere data-set.
Postharvest storage
ACS1-2/ACS1-2
ACS1-1/ACS1-1 madav – MSc 2013
B. Vitamine C in appels 3.
Identificatie van VTC-2 allelen die de vitamine C inhoud bij appel reguleren.
4.
Profiling van genen van vitamin C metabolism tijdens rijping in ETH-mutants in tomaat
7.
Antioxidanten als belangrijke factor voor de resistentie van appel vruchten tegen Botrytis cinerea.
madav – MSc 2013
3. Vitamine C allelen in appel Context
resources
• Vitamine C is een essentiële antioxidant in en planten • tolerantie voor biotische (pathogenen) en abiotische stress • Het is ook een zeer belangrijk onderdeel van het dieet van mensen
• Sequence variatie in genen van vitamine C biosynthese zijn gecorreleerd met vrucht concentraties! • RNA-seq data, SNPs,.. • Collectie van diverse appel genotypen MdVTC2-1 MdVTC2-2 MdVTC2-3
madav – MSc 2013
3. Vitamine C allelen in appel • het ontwikkelen van gen/allel-specifieke merkers voor verhoogde concentraties aan vitamine C in de vrucht
Doelstellingen
werkplan
• • • •
HPLC analyses van vrucht vitamine C gehaaltes bladstalen verzamelen voor DNA extractie Primer ontwikkelen voor candidaat genen/allelen associaties maken tussen de allelen en het vitamine C gehaltes MdVTC2-1 + MdVTC2-3
Allelotype en gemiddeld vitamine C gehaltes van apple cv’s
T+T
T+C
C+T
C+C madav – MSc 2013
6. vitamine C en ethylene in tomaat Context
• Bij planten is vitamine C (essentieel voor de adaptatie van weefsels op stress (bv. droogte). • Bovendien is vitamine C gecorreleerd met verbeterd vrucht kwalliteits eigenschappen (bewaarbaarheid, verminderd verbruining..)
resources
• Recent hebben wij genen geïdentificeerd waarvan de expressieniveaus gecorreleerd zijn met de vitamine C gehaltes in de tomaat tijdens rijping. • In de ethyleen ongevoelige mutant ‘Never Ripe’ stapelt vitamine C zich op tot hoge concentraties wat wijst op een intrigerende rol van ethyleen bij de regulatie van de vitamine C concentratie.
cv ‘Ailsa Craig’
Nr
rin
Ethyleen mutanten in tomaat
Vitamine C gehaaltes tijdens rijping
madav – MSc 2013
6. vitamine C en ethylene in tomaat Doelstelling
• de expressieniveaus na van enkele belangrijke genen van vitamine C metabolisme in de vruchten van de mutant ‘Never Ripe” bij tomaat.
werkplan
• • • •
Extractie van RNA extraheren uit tomaat vruchten. Primer ontwikkeling Bepalen van expressie niveaus Correlaties met veranderingen in metaboliet concentraties en enzym activiteiten • model ontwikkelen
Link ETH metabolisme en vitamine C?
madav – MSc 2013
7. Antioxidanten en resistentie tegen Botrytis cinerea.” Context
• Botrytis cinerea is een belangrijkste naoogstschimmels bij groenten en fruit. • Appelcultivars verschillen in grote mate in hun gevoeligheid voor aantasting door B. cinerea. • Een beter inzicht in de achtergrond van deze resistentieverschillen kan zeer nuttig zijn om meer duurzame bestrijdingsstrategiën te ontwikkelen.
resources
• antioxidanten en vitamine C zijn gecorreleerd met tolerantie van appelvruchten tegen infecties. • De rood kant van de appel heeft een hoger resistentie dan de groen kant • De rood kant heeft ook hogere antioxidanten gehaaltes
B. cinerea infectie
Red
Green madav – MSc 2013
“Antioxidanten en resistentie tegen Botrytis cinerea.” Doelstelling
Werkplan
• Vrucht antioxidant metabolisme bestuderen en beinvloeden om factoren te identificeren die betrokken zijn bij de resistentie tegen B. cinerea.
• Artificiële infecties van vruchten met B. cinerea en symptomen opvolgen • Vergelijking tussen de pathogeniciteit van een mutante stam van B. cinerea en het wild type • Modificatie van defens/pathogeniciteit door toediening van extern metabolieten en enzymen. H2O + ½O2 AsA
CAT STRESS WOUNDING INFECTION
O2.-
SOD
H2O2
APx
POX
Antioxidant metabolisme en stress
MDHAR
MDHA + H2O
Flavonoid Flavonoid + H2O
GSH DHAR
GR
GSSG DHA
.
madav – MSc 2013
