Genomics: een doorbraak in de strijd tegen de aardappelziekte?! De aardappelziekte De aardappelziekte Wel of geen infectie? Veroorzaakt door Phytophthora infestans Verantwoordelijk voor hongersnood 19e eeuw Nog steeds geen afdoende oplossing Ingebouwde resistenties snel doorbroken Opbouw resistentie tegen gebruikte fungiciden Welke plant/pathogeen specifieke factoren zijn betrokken bij infectieproces? Resistentie factoren Herkenning tussen plant en pathogeen fungus verwacht waargenomen LRRs bacterium R? R TM (kinase) extracellular cytoplasm (LZ/CC/ TIR) NBS LRRs virus Activatie van diverse signaal-transductie routes
Signaal-transductie routes R genen Genetisch gekarteerd R1-R11 (S. demissum) Rpi-blb (S. bulbocastanum) Rpi-ber (S. berthaultii) Rpi-pin (S. pinatisectum) Gekloneerd R1 (chr. 5) Rpi-blb (chr. 8) Worden gekloneerd R2, R3, R7 Rpi-blb2 Rpi-blb: werkt in S. tuberosum achtergrond Rpi-blb: functioneel in tomaat Controle + Rpi-blb Controle + Rpi-blb Elicitoren Genproducten die het afweersysteem van de plant prikkelen Cultivar specifieke avirulentie-genen (gen-om-gen) 1-11 R1-R11 uit S demissum blb1 -? Rpi-blb - Rpi-blb? uit S. bulbocastanum Pex1 -? Rpi uit wilde Solanum soort Host specifieke avirulentie-genen (non-host) Inf1 - Inf? Rpi-nb uit N. benthamiana Pex? R? Uit Nicotiana spp., Arabidopsis.. Centre for Biosystems Genomics: Resistentie in aardappel (P. infestans) P1: Elicitor-receptor onderzoek P2: Aardappel-P. infestans interactie netwerk P3: R-gen cluster sequencing P4: Systematische analyse van nieuwe resistentiebronnen (wilde Solanum soorten) Welke plant/pathogeen specifieke factoren zijn betrokken bij infectieproces?
P1: Elicitor-receptor onderzoek P1: Elicitor-receptor onderzoek Genetische variatie Identificatie nieuwe bronnen van resistentie Identificatie van interacterende R en genen Moleculair inzicht vergroten m.b.t. (a)virulentie loci Ontwikkeling merkers waarmee virulentie van Nederlandse P. infestans isolaten onderzocht kan worden Identificatie genen die herkend worden door gekloneerde (R1, Rpi-blb) en niet volledig doorbroken R genen (R5, R8,R9) via binaire PVX system Identificatie nieuwe set elicitors via bioinformatica (Pex clones) Phytophthora resistentie toets 1000 wilde Solanum accessies HTP analyse resistente Solanum accessies met binary PVX system BAC sequencing Nieuwe elicitor genen Nieuwe R genen P2 P4 Mapping Screening Solanum soorten met Pex clones P2: Aardappel-P. infestans interactie netwerk Pex1 Pex2 Pex3 Pex4 Pex5 Pos control Identificatie en karakterisering van plant en pathogeen specifieke genen betrokken bij compatibele en incompatibele interacties tussen aardappel en P. infestans Overeenkomsten en verschillen identificeren tussen verschillende resistentie mechanismen Ontwikkeling merkers voor specifieke resistentie mechanismen 22 days after inoculation P2: Aardappel-P. infestans interactie netwerk MIPS: Multiple Imaging of Plant Stress Infectie tijdreeks van compatibele en incompatibele interacties tussen aardappel en P. infestans (RNA isolatie) Genetische variatie Bepalen cruciale tijdstippen middels cdna-aflp analyses Identificatie genen waarvan de expressie verandert tijdens de interactie tussen plant en pathogeen middels micro-arrays Functionele analyse van candidaat genen (VIGS) P1 Selectie relevante sets van ESTs (afweer gerelateerd, transcriptiefactoren, Pex clones 1. TIGR aardappel EST database (94.000) 2. P. infestans EST database (72.000) 3. Ontwikkeling micro-array Genetisch kartering
MIPS: Multiple Imaging Phytophthora Stress cdna-aflp analyse: informatieve tijdstippen T= 0 2 4 6 8 10 12 14 Kleur opname CF opname Micro-arrays P3: R-gen cluster sequencing Identificatie van alle R gen clusters in aardappel Sequencen van zoveel mogelijk R gen clusters Inzicht verwerven in de evolutie van R genen Ontwikkelen van specifieke merkers voor de R gen clusters van aardappel P3: R-gen cluster sequencing Alle bestaande R gen sequenties selecteren uit publieke sequentie databases en vergelijken met elkaar Kartering in UHD AFLP kaart (10.000 AFLPs) Evolutionaire studies R gen probes Arabidopsis (~465) ~100 Set probes ontwikkelen Screen BAC banken (SH and RH) BAC sequencing ~65 ~30 Identificatie en isolatie nieuwe set R gen sequenties: NBS-profiling in SHxRH BAC fingerprinting ~170 Markers ~100
P4: Systematische analyse resistentiebronnen P4: Systematische analyse resistentiebronnen Systematische verwantschapsanalyse wilde Solanum accessies Rationele keuze van resistentiebronnen Identificatie set kruisingsouders (intra- en interspecifieke kruisingen) Kartering R loci Selectie van 1000 knol-dragende wilde Solanum accessies van CGN en KUN collecties Systematische fingerprinting van geselecteerde accessies (AFLP and NBS profiling) Phytophthora resistentie screening geselecteerd Solanum accessies (P1) Selectie van een set van ouders waarmee intra- en interspecifieke kruisingen gemaakt kunnen worden. Selectie op basis van: - phylogenetische verwantschappen - AFLP and NBS profiles - resistantie niveau/mechanisme Kartering R genes R gen merkers (P3) Bundeling van kennis en expertise Genomics: een doorbraak in de strijd tegen de aardappelziekte!? Ja Nee Wie weet Hopelijk Waarschijnlijk wel Betrokken partijen WUR Plant Research International BU Genomics BU Celcybernetica WU Lab. Plantenveredeling Lab. Fytopathologie Lab. Nematologie Industrie Agrico Research Avebe Averis HZPC Meijer van Rijn Keygene VAVI HPA