Expanding the technology base for Norwegian wheat breeding: genomic tools for breeding of high quality bread wheat

EXPAND er et samarbeidsprosjekt mellom Graminor, Strand Unikorn, Norgesmøllene, BKLF, NMBU og Nofima. Prosjektet fokuserer på å forbedre resistensen mot aksgroing i brødhvete for å sikre stabil bakekvalitet i hvetesorter som er tilpasset det utfordrende norske og nordiske klima. I dette prosjektet vil vi også bruke egenskapen aksgroing for å implementere genomiske verktøy (GS) i norsk hveteforedling. Aksgroing er den viktigste faktoren for degradering av kvalitet i hvete i Norge og i andre nordiske regioner med tilsvarende klimautfordringer. Hvetesortene på det norske markedet i dag har det genetiske potensialet som trengs for god bakekvalitet, men dette potensialet blir ofte ødelagt av aksgroing på grunn av utsatt høsting som følge av regn. Derfor er det viktig for prosjekt-konsortiet å utvikle hvetesorter med forbedret resistens mot aksgroing til hjelp for de norske kornprodusentene. I dette prosjektet bruker vi en assosiasjonskartleggings populasjon (MASBASIS) bestående av 299 vårhvete sorter og foredlingslinjer og flere bi-parentale kartleggingspopulasjoner for genetiske studier og genetisk kartlegging av resistens mot aksgroing i norsk hvete. Disse blir testet i feltforsøk ved to lokasjoner i Norge (Vollebekk og Staur) og/eller i Chengdu, Kina for relevante egenskaper relatert til resistens mot aksgroing, med fokus på spireindeks (GI) for å vurdere nivået av frøhvile, og falltall (FN) for å vurdere nivået av groskade når plantene blir utsatt for regn etter modning. I tillegg til naturlig regn, ble det i noen av forsøksfeltene på Vollebek benyttet dusjvanning for å framprovosere aksgroing. Testing av to bi-parentale populasjoner etter krysning mellom foredlingslinjer/sorter, som viser variasjon i resistens mot aksgroing, er fullført og kartleggingsresultatene blir nå ferdigstilt for publikasjon. I tillegg ble det kartlagt et konsistent QTL, med stor effekt på falltall, på kromosom 4BL i en annen populasjon. Fenotypene for aksgroing viser tydelig interaksjon med miljøforholdene og dette har igangsatt modelleringsarbeid for å inkludere værparametere i i de statistiske prediksjonsmodellene. For videre undersøkelser av det genetiske grunnlaget for resistens mot aksgroing ble det utviklet en kartleggingspopulasjon basert på den svært resistente foredlingslinjen T7347. Avanserte linjer fra denne populasjonen ble testet i felt i 2018 og 2019 og dataene ble brukt for å selektere 16 ekstreme linjer for et transkriptom studie. Hensikten med transkriptom analysen er å identifisere transkript som er involvert i resistens mot aksgroing i linjen T7347 og identifisere molekylære markører for kartlegging av egenskapen. Spireanalyser av nye, umodne frø bekreftet den forventede forskjellen i frøhvile mellom foreldrelinjene. Til sammen 108 frøprøver er blitt dissekert for å isolere de tre celletypene som er kjent å være involvert i aksgroing; embryo, aleuronlag og stivelsesholdig endosperm. Isolering av RNA fra disse vevsprøvene er i sluttfasen og vi forventer å ha sendt inn prøver til RNA sekvensering før utgangen av året. Et annet viktig mål med dette prosjektet å utvikle og implementere GS i vårt nasjonale foredlingsprogram. Ved å bruke avanserte statistiske modeller, har vi nå utviklet potensielle modeller for å implementere GS i den norske hveteforedlingen, disse modellene vil bli ytterligere validert i en uavhengig foredlingspopulasjon før implementering. I løpet av den siste prosjektperioden er assossiasjonskartleggings populasjonen (MASBASIS) og de to bi-parentale populasjonene ytterligere genotypet, for å verifisere QTL funnene vi har rapportert tidligere. Vi har i tillegg utført genotyping og fenotyping av et panel av foredlingslinjer (300) for å validere de identifiserte molekylære markørene og GS modellene for bruk i hveteforedlingen.

-

Den politiske målsettingen om økt norske matproduksjonen forutsetter en økning i produksjonen av norsk hvete til mat. Alle hvetesortene på det norske markedet i dag har det genetiske potensialet som trengs for god bakekvalitet, men denne kvaliteten blir ofte ødelagt av aksgroing på grunn av utsatt høsting som følge av regn. Manglende resistens mot aksgroing er den viktigste årsaken til nedklassifisering av hvete til fôr både i Norge og våre naboland med lignende klima, og påfører bønder, mølle- og bakeindustrien store økonomiske tap. For Graminor er det et viktig strategisk grep å utvikle sorter med økt resistens mot aksgroing. Dette vil gi økte markedsandeler for Graminors hvetesorter i Norge og Norden styrke selskapets konkurransekraft. Det har de siste årene skjedd en rivende utvikling innenfor genomikk på hvete, og Graminor har investert stort i flere pågående forskningsprosjekter, blant annet innen genomsekvensering, markørteknologier og genomseleksjon. Hovedmålsettingen med dette prosjektet er å utnytte disse nye teknologiene til å utvikle nye og effektive foredlingsmetoder. Resistens mot aksgroing vil bli brukt som et case i dette prosjektet, men metodene som utvikles skal anvendes på alle viktige egenskaper. Molekylære markører vil bli utviklet basert på genetiske studier av aksgroingsresistens i det norske hveteforedlingsmaterialet i samarbeid med NMBU, Nofima og andre internasjonalt ledende forskningsmiljø. Genomseleksjonsmodeller vil også bli utviklet i samarbeid med Nofima. Disse metodene vil bli testet og validert på reelle data, og implementert i Graminors hveteforedlingsprogram. Resultatet vil bli en mer effektiv hveteforedling som svarer til markedets behov for nye sorter med bedre tilpasning til framtidig klima, og økt konkurransekraft for Graminor som et ledende nordisk planteforedlingsfirma.