Niet-waard- en insectresistentie

De focus van het onderzoek bij onze groep ligt op de veredeling voor resistentie tegen een aantal verschillende pathogenen, voornamelijk met (moleculair-)genetische methoden. Het onderzoek dekt alle aspecten gerelateerd aan resistentieveredeling af, waaronder belangrijke resistentiegenen, kwantitatieve resistenties (QTL) en niet-waardresistentie. We identificeren, isoleren en karakteriseren de betrokken genen, en verder bepalen en gebruiken we allelvariatie en moleculaire merkers. Onze doelgebieden zijn insecten- en schimmelresistentie.

Niet-waardresistentie

Het is duidelijk dat de meeste plantensoorten volledig resistent zijn tegen bijna alle potentieel pathogene soorten. Dit heeft te maken met de specifieke kenmerken van de meeste plantpathogenen: verreweg de meeste pathogenen hebben slechts een beperkt aantal waarden. Uit recente vorderingen in de moleculaire biologie op het gebied van de interactie tussen planten en plantpathogenen blijkt dat geadapteerde pathogenen in staat zijn om het basale verdedigingsmechanisme van de waardplant te onderdrukken, maar niet dat van, soms gerelateerde, niet-waardplantensoorten. De basale verdediging wordt ook wel PAMP-getriggerde immuniteit (PAMP-triggered immunity, PTI) genoemd. Het is onbekend welke genetische factoren bij planten er verantwoordelijk voor zijn dat een potentiële pathogeen dit basale verdedigingsmechanisme (al dan niet) kan onderdrukken. Voor het veredelen van planten is het nuttig om inzicht te krijgen in de moleculaire basis van het wel of niet functioneren als waardplant voor potentiële pathogenen. Als we dit proces begrijpen, is het misschien mogelijk om op de een of andere manier niet-waardresistentie na te bootsen in een waardplantensoort, om zo een bijna-niet-waardresistentie te creëren in een waardsoort. Een dergelijke resistentie zou volledig zijn en lastig te overwinnen voor een pathogeen.

Onze groep heeft drie onderzoekssystemen ontwikkeld om de overerving van de onderliggende (niet-)waardstatus voor biotrofe pathogenen te onderzoeken: gerst/roest (Puccinia), echte meeldauw en sla/Bremia lactucae.

Gerst

Er is een aantal experimentele lijnen ontwikkeld die vatbaar zijn voor verscheidene soorten roest en echte meeldauw bij tarwe, waarvoor gerst normaal gesproken geen waard is. Zo kunnen de genen worden geïdentificeerd die gewone gerst ‘immuun’ maken voor zulke pathogenen.

Uit de resultaten van dit werk blijkt dat de niet-waardimmuniteit is gebaseerd op QTL’s (Quantitative Trait Genes) die een overeenkomst in locatie vertonen met QTL’s voor basisresistentie voor de gerstroestschimmel P. hordei. Map-based cloning van diverse QTL’s voor basisresistentie voor P. hordei en niet-waardresistentie voor diverse niet-aangepaste bladroesten van gras is in een vergevorderd stadium. Hierdoor wordt het mogelijk om de moleculaire basis te identificeren van basisresistentie voor zowel gerstroest als voor een roest waarvoor gerst normaal gesproken een niet-waard is. Soortgelijk werk wordt uitgevoerd voor echte meeldauw.

Contact: Rients Niks

Sla

Bij sla maken we gebruik van de zeldzame mogelijkheid dat een wilde niet-waardsoort, Lactuca saligna, kan worden gekruist met de gekweekte waardsoort L. sativa.

Er is een set introgressielijnen ontwikkeld in de cultivar L. sativa die elk via introgressie zijn voorzien van slechts één chromosoom van L. saligna. Hiermee hebben we ongeveer 15 resistentie-QTL’s (in 15 introgressielijnen) kunnen identificeren. Bij acht introgressielijnen was er sprake van minder infectie bij de volwassen plant in het veld, wat het belangrijkste is, maar de vermindering van de infectie met 30-50 procent is niet hoog genoeg voor de teeltpraktijk.

Bij het stapelen van de kwantitatieve resistentie van introgressielijnen in paren bleek dat de meeste effecten van gestapelde kwantitatieve resistentie eenvoudigweg niet bij elkaar werden opgeteld. Dit resultaat duidt erop dat de absolute resistentie van L. saligna tegen B. lactucae niet verklaard kan worden door één locus of de combinatie van twee QTL’s. We veronderstellen dat deze absolute resistentie verklaard wordt door multilocusinteracties met additieve en/of epistatische effecten. Daarom zijn we begonnen met nieuwe extreme selectiestrategieën in genkarteringsonderzoek, waarbij we gebruik maken van grote F2-populaties uit meerdere uitsplitsende populaties van L. saligna×L. sativa.

We gaan nieuwe QTL’s identificeren die samen de immuniteit van de wilde soorten voor B. lactucae bepalen. Deze genen zijn een zeer waardevol hulpmiddel voor veredelaars, omdat een vatbaar slaras hiermee veranderd kan worden in een “bijna-niet-waard” voor deze economisch zeer schadelijke slaziekte.

Contact: Marieke Jeuken

Veredeling op insectresistentie

Wereldwijd heeft de gewasproductie steeds meer te lijden onder problemen die te maken hebben met insecten. Insecten brengen schade toe aan een groot aantal gewassen; soms in de vorm van directe schade door voeding, maar meestal door virussen die deze insecten overbrengen op de planten. Vooralsnog wordt chemische gewasbescherming gezien als de beste manier om deze problemen te bestrijden. Deze methode heeft echter zo zijn nadelen: insecten worden zeer snel resistent tegen de insecticiden en daarnaast zijn insecticiden niet alleen schadelijk voor het plaaginsect, maar ook voor nuttige insecten zoals natuurlijke vijanden en parasitoïden van het plaaginsect, bestuivers en onschadelijke fauna.

Op weg naar insectresistente planten

De beste strategie is om deze problemen een stap voor te zijn, zodat ze niet optreden. Het zou dus nuttig zijn om plantensoorten te kweken die resistent zijn voor insecten. Daarom wordt in onze onderzoeksgroep kiemplasma geëvalueerd op nieuwe resistenties, voornamelijk voor zuigende insecten met de nadruk op:

bladluis
trips
witte vlieg

Resistent materiaal wordt verder gekenmerkt door het resistentiemechanisme en hoe de resistentie overerft. We gebruiken methoden op het gebied van genetica, genomics, metabolomics en gedetailleerde analyse van de levenscyclus van de plaaginsecten. Ons onderzoek zal naar verwachting resulteren in de identificatie en karakterisering van de insectresistentiegenen en de middelen om deze te gebruiken in veredelingsprogramma’s voor nieuwe rassen. Verschillende projecten binnen onze groepen worden uitgevoerd in nauwe samenwerking met het Laboratorium voor Entomologie van Wageningen University en de businessunit Bioscience voor metabolomics.

Contact: Ben Vosman

Allium

Het doel van de Allium-onderzoeksgroep is genetische variatie in het geslacht Allium te benutten voor het veredelen van rassen voor een duurzame Alliumproductieketen. Hierbij gaat het met name om ui en prei. Het onderzoek naar prei is vooral gericht op tripsresistentie.

Genetisch onderzoek naar Allium-soorten

Het onderzoek naar Allium-soorten is gericht op het raakvlak tussen moleculaire genetica, ziekteresistentie en kwaliteitskenmerken. Met de resultaten uit dit onderzoek kunnen veredelingsprogramma’s op basis van merkers worden opgezet om te komen tot gezondere gewassen, een hogere opbrengst en duurzame productie.

Daarnaast hebben we merkers geïdentificeerd die gekoppeld zijn aan resistentie tegen de uienziekten Fusarium-bolrot en Botrytis-bladvlekkenziekte. Ook onderzoeken we of veredeling voor een betere respons op arbusculaire-mycorrhizaschimmels (AM) en/of het wortelstelsel een bijdrage levert aan de groei van ui in low-inputteeltsystemen. We gaan ook bekijken wat het verband is tussen deze eigenschappen en de resistentie tegen Fusarium-bolrot.

Tot slot kijken we ook naar het gebruik van AM-schimmels om ui resistenter te maken tegen ziektes.

Contact: Olga Scholten

Genomicsonderzoek bij Allium

De ui heeft een gigantisch genoom (16GB). Sequentie-informatie is erg waardevol om genen te identificeren die geassocieerd worden met belangrijke eigenschappen zoals ziekteresistentie. Ook is het waardevol voor een beter begrip van de onderliggende mechanismen. Het uiengenoomproject (Sequon) heeft de ontwikkeling van een de-novogenoomsquentie voor ui tot doel. De beschikbaarheid van het uiengenoom zal de uienveredeling versnellen en leiden tot verschillende innovaties.

Contact: Olga Scholten