Tilbake til søkeresultatene

FFL-JA-Forskningsmidlene for jordbruk og matindustri

Securing adaptation of timothy cultivars under climate change and during seed multiplication using genomics and big-data approaches

Alternativ tittel: Sikker adaptasjon hos timoteisorter under klimaendringer og oppformering ved hjelp av genomforskning og stordataanalyser

Tildelt: kr 6,6 mill.

Grovfôrproduksjon basert på engvekster er grunnlaget for landbruk i Nord Norge. Bedre utnyttelse av lokale fôrressurser er en nøkkelfaktor for å utvikle en mer bærekraftig husdyrproduksjon. For å oppnå dette er det nødvendig å øke både avling, fôrkvalitet og avlingsstabilitet. Timotei er den viktigste engveksten i Norge, spesielt i de nordlige delene av landet. Klimaendringene fører til større variasjon i temperatur og nedbør, og dette vil påvirke både planteproduksjonen i vekstsesongen og overvintringsevnen. Effektene av klimaendringene vil være størst i nord. Utvikling av sorter som er tilpasset det framtidige klimaet er helt avgjørende for en framtidig bærekraftig grovfôrproduksjon. Foredling av nye grassorter tar lang tid med tradisjonelle metoder, opp mot 20 år før de er på markedet. For å kunne holde tritt med de raske klimaendringene er det nødvendig å utvikle nye sorter raskere. Dette kan oppnås ved nye metoder som genomisk seleksjon og maskinlæring for å integrere genotype og fenotype (avling etc.) data med klima- og jorddata for å predikere hvordan sorter med best mulig lokal tilpasning kan utvikles. Produksjon av bruksfrø av nord-norske timoteisorter er lokalisert i Sør-Norge fordi klimaet i nord ikke er godt nok for en sikker frøproduksjon. Dette kan medføre at sortene endrer seg genetisk gjennom oppformeringen og at viktige egenskaper som sikrer tilpasning i nord endres. Prosjektet vil derfor undersøke om frost- og isdekketoleranse, samt genetisk struktur endres i løpet av generasjoner med oppformering av nordlige timoteisorter i sør. Analyser av data fra fryse- og isdekkeforsøk som er utført ved NIBIO Holt, Tromsø i 2020-2021 er under arbeid. Foreløpige resultater viser at rangeringen av sortene Engmo, Noreng, Grindstad og Snorri ikke er den samme for frysetoleranse og isdekketoleranse. Sortene responderer også ulikt på klimaet i Vesterålen sammenlignet med Tromsø og Alta. Overlevende planter etter denne frysetestingen ble sendt til Graminor som har krysset disse og høstet frø (Syn1) i 2021. Høsten 2021 ble det ved NIBIO Holt alet opp planter fra frø til nye fryse- og isdekketester av planter fra forskjellige frøpartier av sortene Engmo og Noreng; tre forskjellige frøpartier av hver sort: opprinnelig foredlet frø (Engmo fra 1988, Noreng fra 1999), frøpartier på markedet i dag og frøpartier fra et år midt mellom dagens og de opprinnelige partiene. Frysetest er gjennomført og isdekketesten pågår, samtidig tas det prøver til genetiske studier som blir sendt til NMBU. Arbeidet med å avle tre generasjoner av de nordlige timoteisortene Engmo og Noreng på de tre lokalitetene Holt (Tromsø, Nord-Norge), Steinkjer (Trøndelag, Midt-Norge) og Landvik (Agder, Sør-Norge) fortsatte i 2021 og går etter planen. Prosjektet har som mål å utvikle en genomsekvens for timotei. Størrelsen på genomet til timotei er ca 4 Gb, så langt i 2021 har vi laget et 3,2 Gb genomsekvens ved en kombinasjon av Illumina-sekvensering (korte sekvenser) og Oxford nanopore sekvensering (lange sekvenser). Vi samarbeider med et eksternt firma om få assosiert sekvensene til kromosomer og annotere genomet. Dette arbeidet blir gjennomført i løpet av 2021. RNA fra plantematerialene som hadde gjennomgått både frost- og isdekketester ved NIBIO Holt er sekvensert og analysert. Målet er å identifisere opp- og nedregulerte gener ved frost og isdekke, og studere om det er forskjell i genekspresjon mellom ulike sorter og lokaliteter de har vært utsatt for seleksjon på. Totalt ble 7100 gener identifisert som differensielt uttrykt, enten opp- eller nedregulert som resultat av frost. For tiden pågår arbeid med å identifiser hva disse genene gjør og hvordan deres ekspresjon varierer i forhold til hverandre. Det er utført omfattende analyser av verdiprøvingsdataene, og det er konstatert at de beste prediktorene for tørrstoff-avling er ikke-lineære funksjoner av døgngrader (mars-august) og antall dager med nedbør (>1mm) i juli. Nylig har vi etablert at det også er et samspill mellom døgngrader i juli og antall dager med nedbør i juli. Videre undersøkes også vinterherdighet og lysforhold. Basert på den nåværende modellen har vi laget prognoser for avling i 2050 og 2090 basert på klimaprojeksjoner. Resultatene fra denne delen av prosjektet blir publisert i 2022.

Grassland based forage production is the cornerstone of agriculture in Northern Norway. It is important for the economy and it is expected to use local feed resources for the production of milk and meat. Achieving this goal requires higher and more stable yields of high quality forage over years. Timothy is the most important forage species in Norway, especially in the north. The predicted climate change will lead to higher and more variable precipitation patterns. These changes are expected to be more rapid in the north. Development of timothy cultivars that are adapted is crucial for a sustainable forage production in the north. Breeding of new cultivars takes long time with traditional methods – up to 20 years. By using machine-learning methods and genomic selection, it is possible to combine climate and soil data with phenotype and genomic data to predict genomic breeding values. Production of commercial seeds of timothy cultivars bred for Northern Norway is challenging since the production is located in the South Eastern part of Norway. This can lead to risks of genetic shifts in the cultivars and thus change in key traits that are important in the north, e.g. winter survival. Studies of genetic shifts during seed multiplication are limited. In this project, we will study winter survival, estimated as freezing and ice-encasement tolerance in different seed generations of northern timothy cultivars and breeding populations. This information will be combined with molecular marker data for identification of genome regions in timothy associated in genetic regulation of these traits. In addition, we will study potential genetic shifts in seed generations of different age of the northern timothy cultivars ‘Engmo and ‘Noreng’. Historical phenotypic data from multi-location-year yield trials will be combined with climate, soil, and genomic data using advanced machine learning models to develop genomic prediction models for developing of adapted cultivars in the north.

Aktivitet:

FFL-JA-Forskningsmidlene for jordbruk og matindustri