Nye veier mot forbedring av flatskurvresistens i norske poteter

Hovedmålet med dette prosjektet er å utvikle og implementere nye molekylære verktøy og identifisere genetiske ressurser, for å effektivisere potetforedlingsarbeidet i forhold til utviklingen av nye sykdomsrobuste potetsorter. For å oppnå dette målet, har vi de siste fire årene fokusert på (i) utarbeide en skala for klassifisering av alvorlighetsgraden av skurvlesjonene (andel av knolloverflaten angrepet i %, og dybden av skurvsårene); (ii) vurdert aktuelle sortssamlinger av Norske (Graminor) og Nederlandske (AGRICO) poteter for flatskurvresistens; (iii) etablert populasjoner av potetplanter som er egnet for genetiske studier av flatskurvresistens; (iv) genotyping av de norske og nederlandske sortssamlingene; (v) identifisering av molekylære markører koblet til flatskurvresistens i potet ved å studere sammenhengen mellom genotype- og fenotypedata (assosiasjonsstudier), (vi) utført studier av samspill mellom det sykdomsfremkallende patogenet og vertsplante. For å oppnå hovedmålet om å identifisere molekylære markører koblet til flatskurvresistens i potet, er det viktig å oppdrive potetsorter og segregerende populasjoner som inneholder materiale med liknende genetisk bakgrunn, og som viser variasjon i motstandsevne mot flatskurvsykdom. Evaluering av flatskurvresistens i sortsamlingene ved Graminor og AGRICO, er et viktig trinn for utviklingen av genetiske markører og for identifisering av nye gener koblet til flatskurvresistens i potet (WP3). Anvendbarheten av nye molekylære markører i planteforedlingen vil bli validert i segregerende populasjoner. Sortssamlingen ved Graminor (206 sorter) ble skåret visuelt over 3 år (2014, 2015 og 2016) i flatskurvfelt (Bjørke, Hamar). Resultatene ble samlet inn for bruk i genetiske studier i WP3. Forsøk i veksthus (potte-test) ble også utført i 2014, 2015 og 2016 for mer presis vurdering av flatskurv i en tetraploid (dyrket potet) populasjon (GACs11.12.099) og en diploid populasjon (GAD12.13.002). Disse populasjonene har vist lovende resultater for bruk ved validering av de molekylære markørene. Sortssamlingen ved AGRICO (300 sorter) og flere populasjoner ble evaluert i flatskurvfelt. Dessverre ble det i 2016 utviklet svært lite skurvsymptomer grunnet ugunstige værforhold. Videre testing vil bli utført i 2017. I veksthus ble det utført potte-forsøk med 20 ulike sorter. Dette var en repetisjon av eksperimentet i 2015. Knoller ble høstet og skåret, og dataanalyse vil bli ferdigstilt snart. I 2015 ble 20 forskjellige ville Solanum-arter vurdert i potte-forsøk. Etter innhøsting, ble genotyper uten skurvsymptomer valgt ut. Disse selekterte genotypene ble i 2016 plantet i flatskurv-infisert jord og dyrket ved kort daglengde. Knoller ble skåret visuelt for symptomer på flatskurv og omkring halvparten av genotypene ble forkastet ut fra skurvsymptomene. Om lag 60 genotyper gjenstår og disse vil bli testet igjen i 2017. Fenotype felt-data fra Agrico (2013, 2014, and 2015) og fra Graminor (2014, 2015, og 2016) ble analysert for å beregne symptomgjennomsnitt av 351 tetraploide potetsorter. Disse middelverdiene ble brukt i assosiasjons (DNA og fenotype) analyse. Tidligere har vi mottatt genetiske data (GBS) fra Institute for Genomic Diversity, Ithaca, NY, USA, men å utnytte disse dataene i assosiasjonsstudier viste seg å være utfordrende. Til å begynne med ble tetraploid potet betraktet som diploid og assosiasjonen ble gjort med programvaren GAPIT, men dette var ikke en tilstrekkelig løsning. Med våre egenutviklede script, bygget rundt «fitTetra» R-pakken, tolket vi de bialleliske genotypene som fem ulike plex-nivåer (AAAA, AAAa, etc.), dette resulterte i 9770 markører for de 351 potetsortene. Assosiasjonsstudien ble fullført og noen få markører indikerte signifikant assosiasjon. Til nå har assosiasjonsanalyse identifisert 4 markører fra Graminor-panelet og 24 markører fra Agrico-panelet, som er koblet til flatskurvresistens. Disse potensielle nye markørene vil bli videre testet i uavhengige, segregerende populasjoner før de tas i bruk i foredlingen. I dette prosjektet har vi også fått detaljert kunnskap om potetgener involvert i infeksjonsprosessen for å bedre kunne forstå mekanismene assosiert med resistens mot flatskurvsykdom. Dette arbeidet er ferdigstilt og nylig publisert i Molecular Plant Pathology (Dees et al. 2015; doi: 10.1111/mpp.12323).

Potet er den nest viktigste kulturveksten i Norge og den fjerde viktigste i verden. Flatskurv er en kvalitetssykdom på potet som forårsakes av noen få av mange arter i den jordboende bakterieslekten Streptomyces. Skurvsårene gir synlig kvalitetsforringels e og gjør i tillegg knollene mer utsatt for uttørking. Dette er således en viktig sykdom både for produsenter, omsetningsapparat og konsumenter. Det finnes ingen tilfredsstillende kjemiske metoder for bekjempelse av sykdommen. Det finnes heller ikke fulls tendig resistens i kjente potetsorter, men det faktum at noen sorter er relativt robuste mot flatskurv tyder på at sykdommen kan bekjempes gjennom målrettet avl. En viktig målsetning for Graminor og det norske potetforedlingsprogrammet er derfor å utvikle nye sorter som har bedre eller helst fullstendig resistens mot flatskurv. Dette vil være et viktig ledd i å forbedre økonomisk utbytte fra potetavlinger. Hovedfokus i prosjektet er å effektivisere foredlingsprosessen i potet for utvikling av sykdomsresis tente sorter gjennom etablering av molekylære markørteknikker. Første utfordring er å identifisere plantemateriale som divergerer med hensyn på sykdomsresistens. Som en del av dette arbeidet vil vi teste ut forskjellige metoder for effektiv resistensscree ning (fenotyping). Videre vil vi identifisere molekylære markører som kan brukes for å identifisere flatskurvresistente sorter på et tidlig stadium i foredlingsprosessen. For fremtidig bekjempelse av flatskurv er det også viktig å få en dypere forståelse av hvilke faktorer som påvirker utviklingen av skurvangrep, og hvilke gener som er involvert i infeksjon og sykdomsutvikling hos både planta og bakterien. En liten del av prosjektet vil derfor gå til slik grunnleggende strategisk forskning. Prosjektet tot alt vil bidra til å forbedre vår forståelse av en kompleks egenskap som resistens samtidig som det vil utvikles verktøy og plantemateriale for foredling av nye flatskurvresistente potetsorter.