Wat is genomics Centre for Biosystems www.biosystemsgenomics.nl In kaart brengen van genomen Humane Genoom Project, Rijst Maïs, Medicago, Tomaat, Aardappel Grootschalig parallel onderzoek functie alle genen: transcriptomics functie alle eiwitten: proteomics functie alle metabolieten: metabolomics Bioinformatica Begrijpen van complexe eigenschappen Omgeving Transcriptie Translatie Eiwitten Biochemische Circuits DNA sequentie mrna expressie Eiwit expressie Metaboliet expressie Merkers Eigenschappen Fenotypes (eigenschap) onderzoek is nodig Zichtbaar maken van alle genetische variatie die de natuur biedt Maximale benutting van natuurlijke genetische diversiteit in organismen Geeft snel toegang en benut genetische variatie van aardappel aanwezig in wilde soorten (genencentra) Kansen genomics Duurzame plantaardige productie interactie tussen plant en omgeving precisielandbouw betere teeltmethoden Voorbeelden effectievere bestrijding en preventie van ziekten verbetering resistentie gezonder, veiliger en beter houdbare voeding productie waardevolle metabolieten analyse en detectiemethoden
in Nederland Centre for BioSystems Juni 2000: Strategisch Actieplan agrofood biomedisch Maart 2001: Commissie Wijffels investeer in genomics en bioinformatica 4 onderzoekthema s beperkt aantal zwaartepunten topkwaliteit en sterke organisatie publiek-private samenwerking Juni 2001: Kabinetsbesluit investering: M 189 + ICES/KIS Nationaal Regie Orgaan Centre for BioSystems januari 2002: Letter of Intent april 2002: Business plan juli 2002: Internationale jury geeft positief advies januari 2003: Start Universiteiten Wageningen Universiteit Utrecht Universiteit Universiteit van Amsterdam Katholieke Universiteit Nijmegen Onderzoeksinstituten Plant Research International ATO Bedrijfsleven Agrico Research, Averis Seeds, HZPC Holland, C. Meijer, Van Rijn Enza Zaden, De Ruiter Zaden, Rijk Zwaan, Nickerson Zwaan AVEBE Keygene VAVI HPA Missie Inzetten genomics onderzoek als basis voor ontwikkeling van duurzame agroproductiesystemen Bijdragen aan de verbetering van de kwaliteit en veiligheid van voedsel-gewassen en afgeleide producten voor consument én milieu Creeëren van wetenschappelijke, economische en maatschappelijke waarde Ambitie Centre of Excellence in plantengenomics Onderdeel van internationale netwerken State-of-the-art genomics infrastructuur Opleiden en trainen van onderzoekers in genomics en bioinformatica Stimulerend onderzoeksklimaat gericht op exploitatie en overdracht van kennis via publicaties, IP, bio-ondernemerschap Maatschappelijke inbedding van het onderzoek Rol bij transitie naar duurzaamheid Keuzes en criteria Balans tussen economische, ecologische en sociaalculturele waarden ( people, planet, profit ) kwaliteit, veiligheid en gezondheid voor consument en milieu verantwoord exploiteren biodiversiteit verantwoord ondernemen met transparantie in productieketen Innovatie in netwerk van kennisinstellingen, bedrijven, overheden, NGO s Top-onderzoek verbonden met kennisimplementatie Interdisciplinair: specialisten en generalisten uit, ß en kennisdoorstroming naar maatschappij via onderwijs, communicatie en exploitatie Maatschappij vraagt om veilig en gezond voedsel van hoge kwaliteit die milieuvriendelijk wordt geproduceerd Internationale sterktes in Nederland plant en gewaswetenschappers van wereldklasse excellent in plant genomics en beschikbare infrastructuur Nederlandse agro-industrie is innovatief en een wereldspeler synergie met andere internationale genomics initiatieven Vertaling van duurzaamheidsconcepten naar wereldschaal Toegevoegde waarde genomics aan het innovatie proces Onderzoekthema s Nationaal Initiatief duurzame plantaardige productie systemen
Kwaliteitsverbetering voedselgewassen voor consument en milieu Resistentie Reductie landbouwchemicaliën Phytophthora/aardappel Beschikbaarheid grond en water koude/droogte/zout tolerantie Kwaliteit Veranderende eisen aantrekkelijkheid, gezondheid In de keten versheid/houdbaarheid groene grondstoffen Biosystems Analyse van de functie van alle genen, eiwitten en metabolieten van een organisme: van DNA tot inhoudsstoffen Tijdens interactie organisme en omgeving (biosysteem) Detail informatie van het geheel Basis voor duurzame productie Complexiteit eigenschappen vereist systeem aanpak: biosystems genomics Geïntegreerd onderzoeksprogramma thema s, model en gewas Koornneef Lindhout Visser Bino de Wit Thema 1: ziekteresistentie Technologie & Bioinformatica Tomaat Aardappel Stiekema Smeekens Thema 2: kwaliteit Multifactoriële eigenschappen vereisen een systeembenadering Maatschappij Gremmen Onderwijs Bakker UHD genetic Onderzoeksbenadering 1 Scannen genoom for R and Q merkers en genen Candidate genes quality traits Candidate genes quantitative Resistance gene homologues Candidate trait gene RFLP 70,000 BAC Fingerprints Comparative genomics Cultivars, wild species Developing and testing molecular s by recombinant analysis R-gene QTL cdna QTL Geïntegreerde kaart physical genetic trait vertical horizontal quality traits Onderzoeks benadering 2 Koppeling van genetische & metabole netwerken DNA sequence database Genome Informatics Pathway modeling Pathway engineering with designer genes Use variation in levels of natural products natural ecotype or wild species variation elicitation activation tagging knock-outs RNA Gene expression profiling DNA microarray cdna- Protein Proteome analysis Comparative database search/analysis engines Identify pathway genes homology/structure based expression pattern based Metabolite HTP metabolic profiling GC/MS LC/MS FTIC MS Regulatory genes Pathway engineering to increase flux specific compounds Sterke track record om op te bouwen Aardappel Tomaat Wetenschappelijk 10.000+ merker kaart R- en Q-loci gekarteerd R-genen: GPA2 en Pi Zetmeelbiosynthese 7.000 merker kaart R-gen loci gekarteerd Eerste schimmel Avr-gen Metaboliet engineering Eerste genetische kaart en insertie mutagenese technologie Genoomproject QTL isolatie, plantontwikkeling Toegepast Veredelingsbedrijven: 80% wereld pootgoedmarkt AVEBE: zetmeel Bestaande samenwerking/netwerk Veredelaars: 35% wereld zaadmarkt Keygene:, cdna- Bestaande samenwerking/netwerk Gene machine: uitschakeling & activatie van genen EU-PLANET Analyse biosynthese route s (signaaltransductie, metabolieten) Microsyntenie
Sterke kennisbasis om op te bouwen Aardappel Tomaat Algemeen Geïntegreerde kaart van genetische en eigenschappen 60.000 s, BAC libraries, fysische kaart, micro-arrays Biodiversiteit, syntenie Verzadigde genetische kaart 160,000 s, BAC, YAC libraries, micro-arrays Mutanten, biodiversiteit, syntenie Tomato Genome Initiative Genoomsequentie Insertie en activatie-tagged mutanten Micro-arrays, X-omics Ecotypes Resistentie en Kwaliteit Accessies, populaties, R en Q loci Phytophthora: fysio collecties, s, BACs, s Kennis R en Q eigenschappen Chromosoom 6 fysische kaart R-genen Metabolomics, synthese engineering (lycopeen, linalol, quercetine) QTL vruchtgrootte Splitsende populaties QTLs plant performance (bloeitijd) Interactie met oomyceten Sink-source relatie Overview verwachte resultaten Wetenschappelijk Diepgaande kennis van plantpathogen interactie aardappel/ Phytophthora evolutie resistentiegenen Toegepast Genen/merkers voor resistentie Phytophthora resistentie In silico ontworpen duurzame resistentie Diegaande kennis van plant metabole netwerken en performance QTLs kwaliteit Genen/merkers voor kwaliteit aardappel: knolvorming, kieming, chipping, koken, zetmeel, opbrengst source-sink relaties adaptatie aan (a)biotic stress tomaat: smaak, voeding, gezondheid, vaste stoffen, Syntenie /tomato/potato opbrengst Kennis om metabole route s te Translatie naar algemene fenomenen modificeren Van model naar gewas Resultaten thema resistentie Aardappel-P.infestans interactie elicitor-receptor interactie genen identificatie van nieuwe bronnen van resistentie Tomaat - pathogeen interactie analyse interactie: cdna-, micro-arrays and VIGS signaaltransductie route s via proteomics inzicht in diversiteit en evolutie R-genen -oomyceet interactie moleculaire mechanisme priming resistentie functionele en vergelijkende analyse Resultaten thema kwaliteit Aardappel genetica van kwaliteitseigenschappen via een gerichte QTL benadering gerichte diagnostische DNA micro-arrays, cdna- overzicht van extreme genotypes via x-omics methoden Tomaat screening veredelingslijnen: smaakpanels, karteren, x-omics koppeling genen aan eigenschappen: cdna-, micro-arrays tracing and tracking x-omics methoden metaboliet compositie genetische bron en platform voor activatie-tagging genen betrokken bij regulatie Resultaten genoom analysis Kartering fysische kartering in aardappel en tomaat via FISH technologie kartering associatie R en Q eigenschappen in aardappel en tomaat conservering en analyse van resistentie eigenschappen Analyse DNA sequentie genoom fysische kaart top chromosoom 6 tomaat gerichte sequencing R en Q regio s chromosome 6 tomaat R-gen profilering aardappelgenoom Onderzoek in breder verband LNV, NWO, STW, Senter, Bedrijven Initiatief EU (EPGI/EPSO) Phytophthora parapluplan: 2 1 aardappel 7 Communicatie 6 DSS systemen Integrale kennis Praktijk 3 Nieuwe bronnen van resistentie 4 Epidemiologie 5 Populatiegenetica
International plant genomics initiatives Canada corn, wheat, rapeseed, potato UK, Garnet France, Genoplante, wheat, corn, rice, rapeseed, sunflower, pea VS, rice, corn, wheat, soya, cotton, tomato, potato, Medicago Sweden, poplar NL, CBSG, potato, tomato Germany, GABI Japan,, barley, China corn, sugarbeet, rice, Lotus poplar, rye,rape seed Maatschappij en `Licence to innovate, produce and sell` verantwoord inbedden in maatschappelijke context voortdurende reflectie op de maatschappelijke component bevorderen maatschappelijk debat over de betekenis en gevolgen Onderzoek, beleidsadviezen, debatten, onderwijs en workshops