Breeding and Evolution of Complex Traits in Phytoplankton Cells

Fytoplankton er den viktigste primærprodusenten som i naturen driver havets økosystemer. I fremtiden vil dyrkede mikroalger også spille en stadig viktigere rolle i produksjonen av bærekraftige mat, fôrvarer og fornybare lav-karbon materialer. Utvikling av nye stammer av mikroalger som gir høyere utbytte og raskere tilvekst vil kunne bidra til lavere produksjonskostnader og gjøre materialer avledet fra alger mer konkurransedyktige og dermed erstatte eksisterende produkter. Det overordnede målet for EXCELL er å utvikle metoder for avl av mer produktive fytoplankton og å avdekke de genetiske og biologiske mekanismene som ligger til grunn for avl og seleksjon i den enkelte mikroalge. EXCELL skal teste flere viktige metoder gjennomført med celle- og bioreaktorbasert teknologi med følgende mål: (1) Studere bransjerelevante egenskaper i Fytoplanktonceller. (2) Fastslå hvordan seleksjon av egenskaper påvirker celleegenskapene (3) Teste adaptive prosesser som et verktøy for å forbedre fytoplanktonceller (4) Undersøke gjennomførbarheten og effekten av forskjellige avlsmetoder i mikroalger, og (5) Avklare hvordan fytoplankton-genomet formes gjennom seleksjon. Forskere fra Nord Universitet vil samarbeide med en anerkjent gruppe ved Colorado School of Mines (USA) i prosjektet. Begge gruppene har et felles mål om å utvikle og forbedre teknologi for produksjon av mikroalger for å takle mat-, klima- og energibaserte problemer ved hjelp av molekylærbiologi og tekniske tilnærminger. Resultatene forventes å øke effektiviteten av storskaladyrking, og i denne forbindelse er prosjektet tilpasset FNs bærekraftsmål 12: ansvarlig produksjon og forbruk. Vitenskapelige elementer i EXCELL gjelder også for naturlige systemer som gjennomgår en periode med langvarige miljøendringer, og prosjektet vil også generere data om tilpasningsevnen til mikroalger i den naturlige verden.

Phytoplankton are key primary producers that drive entire ocean ecosystems, climate dynamics and global biogeochemical cycles. In the future, microalgae cultivated in large-scale ponds and bioreactors will play increasingly important roles in the production of healthy, sustainable foods and the development of renewable materials. To accelerate the impact of emerging microalgae industries, improved and resilient algae strains are needed to increase product yields and to reduce the monetary and environmental costs of production. Strains with higher yields and faster growth rates will offer major advantages by reducing the per-unit costs of algal production, and in doing so competitively replace incumbent products. EXCELL will develop advanced methods of breeding more productive phytoplankton and uncover the genetic and biological mechanisms that underpin breeding and trait improvement in single algae cells. To do this, EXCELL will test classical selection and hybridization methods implemented with state-of-the-art cell and bioreactor-based technologies for breeding and improving microalgae with higher yields and adaptation to new climates. The project focuses on three major technical challenges; the accurate phenotyping and selecting of microalgae cells, adaptive experimental evolution and, significantly, the potential of breeding phytoplankton through hybridization. Results will be most significant for the emerging global microalgae industry, and more widely in context with phytoplankton in natural systems that must adapt to unprecedented environmental challenges.