Genomic-based breeding technology for high quality apples in a Nordic climate

In Nordic and Norwegian fruit production, apple is the most important production measured in volume. Progress in plant breeding is based on the ability of making precise selections of new progenies with desired properties. Traditionally, this is carried out by testing large populations in field trials over several years and locations. This is both costly and time consuming. Genome-based plant breeding makes it possible to discard seedlings with undesired traits at an early stage. QApple is a joint project between Njøs Fruit and Berry Centre AS, Graminor AS and NMBU (degree referring institution). The projects main aim is to develop a more efficient apple breeding program, through the implementation of new genetic tools, focusing on fruit quality and climate adaptation. Based on consumer trends and stakeholder preferences regarding apple cultivar properties, the most important breeding target in the Norwegian apple breeding program is eating quality. QApple has three work packages; (1) Validation of published markers for commercially important fruit quality and climate adaptation traits followed by implementation of predictive markers in the breeding program; (2) Identification of more informative DNA markers in the national apple diversity panel using association studies; (3) Development of genomic selection for commercially important properties of apple. An industrial PhD student (Liv Hatleli Gilpin) is admitted to the PhD-program at NMBU in February 2021. In this project we are using a diversity panel (Njøs Fruit and Berry Centre) consisting of 350 accessions, including Nordic breeding material, market cultivars, older cultivars, cider cultivars and Kazak-apples (Malus sieversii). Traits that are considered are climate adaptation, eating quality (e.g. crispiness, sweetness and acid), appearance, polyphenol and anthocyanin content, yield and yield stability, storage ability and disease resistance.

I nordisk og norsk fruktdyrking, er eple den viktigste produksjonen målt i volum. Markedsdelen av nordiske sorter er over 60% både i Norge og Sverige og etterspørselen etter norske epler er økende. Basert på forbrukertrender og preferanser hos interessenter i verdikjeden vedrørende sortsegenskaper, er det viktigste foredlingsmålet i det norske epleforedlingsprogrammet spisekvalitet (bl.a. sprøhet, sødme og syre). I tillegg kommer kriterier som utseende, avlingsmengde- og stabilitet, lagringsevne og sykdomsresistens. Epler rike på polyfenoler eller anthocyaniner har høy antioksidantkapasitet og med den voksende forbrukerinteressen for helsefremmende egenskaper i frukt kan dette åpne opp for nye markedsmuligheter. Tradisjonell foredling er en tidkrevende prosess, mye på grunn av den lange tiden det tar før frukttrær kommer i bæring og normalt tar det 15 – 20 år fra kryssing til lansering av en ny eplesort. Ny DNA-teknologi har potensiale til å øke effektiviteten ved utvikling av nye eplesorter med forbedret fruktkvalitet og god klimatilpasning. Teknikker som drar nytte av det nylig kartlagte eplegenomet er utvikling av statistiske modeller for genomisk seleksjon, og assosiasjonsstudier som inkluderer hele genomet (GWAS) for å identifisere bl.a. DNA-baserte markører. I QApple skal nytten av slike genomiske verktøy på nordisk plantemateriale vurderes for å hjelpe fruktforedlere å gjøre velinformerte valg vedrørende foreldresorter og for å kunne velge bort frøplanter med uønskete egenskaper på et tidlig stadium. Ved implementering av DNA-baserte teknologiverktøy i den norske epleforedlingen, er det potensiale for å både redusere kostnader og foredlingsprosess med flere år.