NAERINGSPH-Nærings-phd

OatGen er et samarbeidsprosjekt mellom Graminor AS, NMBU (gradgivende institusjon) og NOFIMA. Prosjektet fokuserer på å utvikle et mer effektivt havreforedlingsprogram, gjennom implementering av nye genetiske verktøy, med fokus på Fusarium-resistens. OatGen har tre arbeidspakker; (WP1) identifisere metoder for å velge en optimal training populasjon for genomisk seleksjon in havre; (WP2) identifisere spesifikke områder i DNA som er assosiert med Fusarium-resistens, for implementering av markør assistert seleksjon i havreforedlingen; (WP3) evaluere og implementere genomisk seleksjon i norsk havreforedling. En nærings-PhD student (Espen Sannes Sørensen) er tatt opp ved PhD-programmet ved NMBU 11. mai 2018. Espens Ph.d. forskning og utdanning er planlagt og godkjent av NMBU. En avhandling basert på arbeidet utført i arbeidspakkene vil bli innsendt til NMBU 3. November 2023, med disputering tidligst desember 2023. I dette prosjektet brukte vi et havreforedlingspanel (HFP) bestående av 1255 linjer som inneholder nordiske foredlingslinjer, markedssorter og en kartleggingspopulasjon kalt HavreBasis, som inkluderer eldre og eksotiske havesorter. Fra disse linjene har vi brukt statistiske modeller fra WP1 til å velge et representativt utvalg på 541 linjer som skal være training-populasjonen (TP) for genomisk seleksjon (GS), og kartleggingspopulasjon for en QTL kartlegging i arbeidspakke 2 og 3. Arbeidet i WP1 resulterte i en publikasjon i journalen «Plant Breeding Journal» høsten 2022. Den selekterte populasjonen fra WP1 ble genotypet I 2018, og har blitt testet for fusariumresistens i 2020, 2021 og 2022. Fusarium-forsøkene fant sted på Vollebekk forsøksgård (NMBU, Ås) og på Staur forsøksgård (Stange, Hedmark) hvor vi inokulerte feltet med Fusarium-smittede havrekorn, og regulerte miljøet med dusjvanning for høyest mulig smittepress. NMBU sto for oppformering av Fusarium-smitten, og gjennomføringen av feltforsøkene på Ås. Kornprøver fra forsøkene ble høstet og evaluert på Graminor for Deoxynivalenol (DON) nivå ved hjelp av en enzyme-linked immunosorbent assay (ELISA) og testet for spireevne ved bruk av protokoller utviklet av «The International seed testing association»(ISTA). Ble ferdigstilt i desember 2022. Tre nye testpopulasjoner på 250 foredlingslinjer hver ble også testet i feltforsøk, og DNA fra disse blir sendt til en ekstern leverandør (TraitGenetics, Tyskland) for genotyping i 2021 and 2022. Et tre måneders opphold fra februar til mai 2022 i Mexico hos Dr. Jose Crossa ved «The International Maize and Wheat Improvement Centre» (CIMMYT) gav økt ekspertise om implementering av utvikling av genomisk prediksjonsmodeller. Dette var essensielt for gjennomføringen av WP3. Data samplet inn i dette forsøket er blitt brukt til å gjennomføre flere statistiske undersøkelser for WP2 and 3 in 2023. En assosiasjons kartlegging ble gjennomført hvor vi har klart å identifisere 15 forskjellige områder assosiert med fusariumresistens. Dette arbeidet har resultert i en artikkel som er under vurdering i journalen «Plant Breeding Journal» og forventes publisert i løpet av 2023. Det samme datasettet er brukt til å evaluere Genomisk prediksjons modeller av DON og Spireevne (WP3) som inkluderer genetisk informasjon fra WP2. Dette ble evaluert på foredlingsmaterial og har resultert i et manuskript som forventes ferdig stilt og sendt for publisering tidligst desember 2023.

• Insight into optimization criteria for training populations for genomic prediction. • Development of a training population utilized for genomic selection in the our national oat breeding program. • Development of new breeding tools for increased breeding efficiency in oat. • Knowledge about important Fusarium resistance genes in oat. • Experience and knowledge with genomic prediction in oat and strategies for continuous improvement. • Improved sustainability in the oat breeding program. • Genotypic information on a large number of breeding lines, enabling new genetic studies in oat. • Possibility to establish genomic prediction models for more traits in oat. • Enabling the development of new varieties to increase revenue for the oat industry from farmer to miller.

Oat has a long history as a major cereal crop, and is still very important to the Nordic countries as the third most produced cereal after barley and wheat. The recent outbreak of Fusarium Head Blight in the Nordic countries has caused a problem in oat production causing major economic losses. Of the Fusarium species, F. graminearum poses the biggest problem in Norway particularly in warm and wet weather conditions. Fungicides have had limited effect on the disease and they are costly and have a major negative effect on the environment. Therefore, resistance breeding is the most effective way to avoid negative damage. Graminor has the national responsibility to develop adaptable oat varieties with improved resistant to Fusarium disease. This will increase the company’s market competitiveness and market share of Graminor’s oat varieties in Norway and Nordic region. Graminor has invested heavily the last years in several research projects to effectively develop Fusarium-resistant oat varieties. The completed (2014-2017) innovation project ‘RESIFUS’ (GRAMINOR – IPN pr. # 233908) has made major groundwork in methodology and resistance research, so that resistance breeding can continue. OatGen will capitalize on the finding of RESIFU project to implement new genomics-based tools (i.e. Genomic Selection) in our national oat breeding. At OatGen project, and in collaboration with NMBU and NOFIMA, we will develop and study the genetic variation for fusarium resistance trait in the oat breeding panel to estimate the genomic breeding value (GEBV) for the application of genomic selection in the oat breeding program. Early and accurate estimation of GEBV can save time, and increase the genetic gain per year. The results will lead to a more efficient oat breeding that corresponds to the market’s need of new varieties with better resistance to fusarium disease, and increase competitiveness of Graminor as a leading Nordic plant breeding company.