Genomisk seleksjon i planteforedling

Bruk av genomisk seleksjon i husdyravl har vist at det gir store genetiske gevinster i avlsarbeidet. Dette potensialet for avlsframgang er imidlertid ikke blitt omfattende testet i planteforedling i Norge. En av grunnene er at de forholdsvis lave estimerte prediksjonsnøyaktighetene (hvor nøyaktig beregningene treffer).

Dr. Nannuru’s  forskning fokuserte derfor på å øke prediksjonsnøyaktighetene for den komplekse sykdommer som Fusarium Head Blight (FHB) og hvordan genomisk seleksjon kan implementeres i hvete-avlsarbeidet.

I doktorgradsarbeidet sitt har doktoranden testet ut mulige løsninger for å komme opp med bedre prediksjonsmodeller, med utgangspunkt i aksfusariose i hvete som eksempel. Feltforsøk over flere steder og år har blitt gjennomført for å skaffe til veie nok data til utvikling av disse prediksjonsmodellene. Det er gjennomført en assosiasjonskartlegging (identifisering og karakterisering av gener) for å avdekke genetikken bak resistens mot aksfusariose i hvete.

Hvete er den mest dyrkede kornarten i Europa og globalt og en viktig jordbruksvekst i Norge. Men soppsykdommen forårsaker store avlingstap, dessuten fører den til utvikling av giftige mykotoksiner som er helseskadelige for mennesker og dyr. Det brukes store ressurser på å håndtere sykdommen, hovedsakelig gjennom foredling av sorter med forbedret resistens mot sykdommen og kjemisk bekjempelse. Forskerne har nå god forståelse for resistensmekanismene i plantene, men sykdommens komplekse natur, mangel på resistenskilder, og at både varierende værforhold og miljøforhold påvirker sykdomsutviklingen gjør foredlingsarbeidet vanskelig.

Karakterisere den genetiske arkitekturen til Fusarium head blight

I sitt doktorgradsarbeid har Nannuru gjennomført en assosiasjonsstudie for å karakterisere den genetiske arkitekturen til Fusarium head blight. Deretter var hovedmålet å bruke Genome-Wide Association Study, GWAS, (forstå genetisk variasjon mellom individer ved å identifisere sekvensvarianter som er assosiert med sykdommen) i prediksjonsmodellering av genomisk seleksjon. Nannuru så også på hvordan Genotype x Miljø-interaksjoner må håndteres i prediksjon av genetiske effekter.

På grunn av variasjon i vekstmiljø er det vanskelig å sammenligne ulike foredlingsprogram på feltnivå. Derfor gjennomførte Nannuru simuleringsstudier for å kunne sammenligne ulike foredlingssprogrammer.

Økt prediksjonsnøyaktighet

Resultatene viste økt prediksjonsnøyaktighet ved å inkorporere GWAS-relatert informasjon i prediksjonsmodellene. Å håndtere Genotype x Miljø-interaksjonene i genomisk seleksjon-prediksjonsmodellene viste betydelig økning i prediksjonsnøyaktigheten.

Simuleringsresultatene viste også at genomisk seleksjon-basert foredlingssprogram kan øke genetisk fremgang mer enn konvensjonelle foredlingsprogram.

Vinay Nannuru forsvarer, 28. april 2023 ved NMBU, sin doktorgradsavhandling med tittelen "Bruk av assosiasjonskartlegging, genomisk prediksjon og seleksjon for økt resistens mot aksfusariose i hvete"