Proxecto EUCLEG H2020: Mellora das leguminosas forraxeiras e de gran para aumentar a autosuficiencia de proteínas na UE e na China
- Tipo Proxecto
- Estado Cheo
- Execución 2017 -2021
- Orzamento asignado 5.000.000,00 €
- Ámbito Europeo
- Fonte principal de financiamento Horizonte 2020
- Páxina web do proxecto Proyecto EUCLEG
Recopilouse unha cantidade impresionante de datos de xenotipos e fenotipos de centos de accesións de leguminosas como parte do proxecto EUCLEG, financiado pola UE. A descrición da diversidade xenética, os marcadores asociados á variación de trazos e as ecuacións de predición xenómica son resultados que abren novas oportunidades para avanzar na mellora xenética das leguminosas.
Ofrecéuse formación en estatística e mellora molecular, tanto dentro como fóra da EUCLEG, para compartir estes resultados prometedores, ademais de publicacións e artigos en congresos. Os melloradores de institutos públicos ou empresas privadas poden agora usar este coñecemento para optimizar a diversidade xenética e implementar a mellora asistida por marcadores. Todo este progreso, á súa vez, levará a estratexias para unha mellora xenética máis rápida de novas variedades que axudarán a impulsar o uso de leguminosas na gandería e na agricultura en Europa e China, e a reducir a dependencia das proteínas, contribuíndo así aos obxectivos xerais do proxecto.
Xeráronse datos de xenotipos:
- Alfalfa - Europa: 1061 accesións foron xenotipadas por GBS. Frecuencias alélicas para SNPs de 228 000 % con menos do 5 % de datos faltantes e SNPs de 118 000 % sen datos faltantes. China: xenotipificáronse 220 individuos mediante secuenciación do xenoma completo (560.000 SNP).
- Trevo vermello: 641 accesións foron xenotipadas por GBS. Datos de frecuencia alélica para marcadores SNP de 65 000 k.
- Faba: xenotipificáronse 400 accesións cunha matriz Axiom de 50 000 variedades de faba Haba. Datos xenótipos para marcadores de 35 000.
- Chícharo: xenotipificáronse 260 accesións empregando a matriz GenoPea de 13K. Datos xenótipos para marcadores de 12K.
- Soia: xenotipificáronse 479 accesións europeas e 326 chinesas coa matriz SoySNP de 355 000 k. Compiláronse inventarios de recursos fitoxenéticos para as cinco especies obxectivo en Europa e China e reducíronse as lagoas entre o sistema EURISCO e as bases de datos centrais europeas de cultivos.
Elaboráronse informes para describir os desafíos e os riscos relacionados co intercambio de recursos fitoxenéticos, o sistema de protección das variedades vexetais da China e a súa relevancia para os melloradores europeos. Realizáronse trinta e catro experimentos de campo en Europa e China con centos de accesións, e mediuse o rendemento, a calidade e a resistencia ao estrés. Ademais, realizáronse experimentos en condicións controladas para avaliar as características relacionadas co estrés biótico e abiótico e o vigor das plántulas.
Estableceuse unha infraestrutura central para a xestión de datos do proxecto no sistema Progeno, onde os socios importaron datos de xenotipo e fenotipo. Revelouse unha enorme diversidade fenotípica e xenética nas cinco especies. Debido a que se empregaron moitos marcadores, a estrutura xenética engadiuse ao coñecemento actual. Por exemplo, na alfalfa, a diversidade na China e na UE-América é moi diferente, e entre a diversidade UE-América, existe unha variedade de diversidade relacionada en parte coa orixe xeográfica das variedades.
Na soia, unha análise de diversidade xenética de todo o xenoma revelou múltiples sinaturas de selección nunha colección europea de soia en comparación con coleccións chinesas de accesións de soia silvestre e cultivada. As interaccións xenotipo x ambiente foron en xeral importantes, pero identificáronse accesións de alto rendemento e/ou accesións con trazos positivos. Realizouse un GWAS e revelou listas de QTL para case todos os trazos das cinco especies. Unha análise da anotación do xenoma nas rexións QTL proporcionou listas de posibles xenes candidatos cuxa diversidade de secuencias pode explicar a variación fenotípica.
Desenvolvéronse as rutinas necesarias para implementar a predición xenómica e formáronse os membros da EUCLEG. As predicións xenómicas foron máis precisas que na maioría dos estudos publicados anteriormente, probablemente debido ao uso dun gran número de accesións e numerosos marcadores. A predición xenómica estándar era a miúdo superior a 0,5, mentres que a adición de QTL nas ecuacións de predición xenómica elevou o poder preditivo a 0,8. No Paquete de traballo 6 (WP6), creouse un sitio web colaborativo para compartir os resultados do proxecto e elaboráronse e distribuíronse boletíns informativos. Os resultados foron presentados en diversos congresos científicos e publicáronse varios artigos en revistas revisadas por pares; outros están en preparación.
A EUCLEG tiña como obxectivo proporcionar ferramentas e coñecementos para mellorar o progreso xenético de cinco especies principais de leguminosas: dúas leguminosas forraxeiras, a alfalfa e o trevo vermello, e tres leguminosas de gran, o chícharo, a faba e a soia. Isto implicou traballos de xenotipificación, fenotipificación e estatística. No WP1, desenvolvemos ferramentas moleculares e xenómicas. Para os dous cultivos forraxeiros non reprodutivos, empregamos a xenotipificación por secuenciación (GBS) para obter as frecuencias marcadoras dos individuos agrupados de cada accesión (pool-GBS). Para as tres leguminosas de gran autopolinizadas, empregamos a tecnoloxía de matrices de SNP para xenotipificar as accesións. No WP2, estruturamos e melloramos o acceso aos datos das coleccións de recursos fitoxenéticos europeos e chineses. Identificamos lagoas (tanto de datos de pasaporte como fenotípicos) nos sistemas de información existentes e animamos os propietarios das coleccións a subsanalas. Creamos unha infraestrutura eficiente para a xestión centralizada dos datos recollidos durante o proxecto (a base de datos Progeno).
Finalmente, consideráronse os desafíos e riscos legais asociados á posta en común de recursos fitoxenéticos e os seus datos, así como as cuestións de propiedade intelectual. No Paquete de traballo 3 (WP3), describiuse a estrutura xenética das coleccións de xermoplasma empregando trazos fenotípicos e marcadores moleculares. Os ensaios realizáronse nunha rede de escenarios na UE e na China. Avaliáronse os trazos fenotípicos relevantes: xerminación, establecemento do cultivo, resposta ao estrés biótico e abiótico, rendemento de forraxe e sementes e calidade da forraxe e do gran. Proporcionouse unha descrición do xermoplasma chinés e europeo, unha visión xeral da interacción xenotipo x ambiente e identificouse xermoplasma prometedor. A estrutura xenética do xermoplasma describiuse empregando datos de xenotipos obtidos no paquete de traballo 1. No paquete de traballo 4, identificáronse xenes, alelos e marcadores moleculares que explicaban gran parte da variación fenotípica dispoñible para os trazos implicados no rendemento e a estabilidade dos cultivos, incluída a resistencia a estreses bióticos e abióticos.
A base de datos do Paquete de Traballo 2, que contén datos de xenotipo e fenotipo, empregouse para as análises de asociación a nivel de xenoma (GWAS). O WP5 proporcionou aos melloradores coñecementos e ferramentas para implementar a selección xenómica, unha forma de selección asistida por marcadores que, en moitos casos, é máis eficiente que a selección fenotípica. Desenvolveuse unha ferramenta intuitiva para a xestión de datos e o cálculo de valores de reprodución (VC) e valores de reprodución xenómica (VG). Avaliáronse os efectos de varios determinantes na precisión da ecuación de predición de VGE e propuxéronse solucións de mellora, incluída a selección xenómica. O WP6 difundiu os resultados do proxecto á comunidade científica e transferiu as innovacións ás partes interesadas.
A EUCLEG ten como obxectivo reducir a dependencia de Europa e China das importacións de proteínas mediante o desenvolvemento de estratexias de mellora eficientes para cultivos de leguminosas de importancia económica significativa para a alimentación humana e animal. O obxectivo é mellorar a diversificación, a produtividade dos cultivos, a estabilidade do rendemento e a calidade das proteínas das leguminosas forraxeiras (alfalfa e trevo vermello) e das leguminosas de gran (chícharos, fabas e soia).
Empregando recursos xenéticos diversos e extensos e aproveitando ferramentas moleculares avanzadas, EUCLEG ten como obxectivo identificar e desenvolver os mellores recursos xenéticos, métodos de fenotipificación e ferramentas moleculares para cultivar variedades de leguminosas con mellor rendemento baixo estreses bióticos e abióticos en zonas agroecolóxicas representativas de Europa e China. Explorarase o potencial para novos usos das especies forraxeiras para a nutrición humana.
Desenvolveranse ou crearanse bases de datos consultables para albergar datos de pasaporte, agronómicos e xenéticos co fin de facilitar o intercambio e o uso de recursos xenéticos. A avaliación dos recursos xenéticos en ensaios multicéntricos permitirá a expansión do material de mellora e a expansión da adaptación agroecolóxica. A arquitectura xenética dos trazos xenéticos clave analizarase mediante estudos de asociación para identificar marcadores moleculares relacionados cos trazos fenotípicos.
Finalmente, avaliarase o potencial das estratexias de selección xenómica para mellorar o progreso xenético. Os melloradores recibirán ferramentas prácticas para a xenotipificación, a xestión de datos e a computación para implementar a selección asistida por marcadores e a selección xenómica que leven á creación de novas variedades a longo prazo. A asociación formada no marco da EUCLEG, que reúne institutos públicos e empresas privadas de Europa e China, garante a transferencia de coñecemento da investigación á industria das sementes.
Un proxecto financiado pola UE está a axudar a Europa e a China a aumentar o seu nivel de autonomía en materia de proteínas. As leguminosas son unha parte importante da produción de alimentos e pensos e teñen un efecto positivo no medio ambiente. Ricos en proteínas, contribúen á achega de nitróxeno aos sistemas de cultivo, o que potencialmente reduce a necesidade de fertilizantes nitroxenados sintéticos. Tamén ofrecen unha alternativa nutritiva de orixe vexetal á carne, un mercado en crecemento, con moitos que buscan novas formas de aproveitar o potencial da produción de proteínas vexetais. Polo tanto, hai moitas razóns para cultivar máis leguminosas. Non obstante, en Europa e na China, zonas con condicións agroecolóxicas axeitadas para o cultivo de proteínas vexetais, existe unha deficiencia, xa que ambos continentes dependen en gran medida das importacións de proteínas e do uso extensivo de fertilizantes nitroxenados sintéticos. O proxecto EUCLEG (Creamento de leguminosas de gran e forraxe para aumentar a autosuficiencia proteica na UE e na China), financiado pola UE, está a axudar a reducir esta dependencia. «Estamos a traballar en cultivos de leguminosas, co obxectivo final de mellorar as variedades», afirma Bernadette Julier, coordinadora do proxecto e directora de investigación no INRAE, o Instituto Nacional de Investigación para a Agricultura, a Alimentación e o Medio Ambiente francés. Isto implicou traballos de xenotipificación, fenotipificación e estatística.
Mellora do progreso xenético A EUCLEG centrouse nas cinco especies de leguminosas máis cultivadas en Europa: dúas leguminosas forraxeiras, a alfalfa e o trevo vermello, e tres leguminosas de gran, o chícharo, a faba e a soia. "Os nosos obxectivos eran axudar aos melloradores de plantas a crear variedades mellor adaptadas e de maior rendemento. Estas variedades de leguminosas cultivaranse en zonas xeográficas onde xa se cultivan leguminosas e ofrecerán maiores rendementos, calidade e estabilidade que as variedades actuais, ou contribuirán a ampliar a área de cultivo en rexións onde o cultivo de leguminosas é escaso", explica Julier. Uns maiores rendementos e unhas maiores áreas de cultivo contribuirán á produción de máis proteínas locais; as novas variedades introduciranse máis facilmente nas rotacións de cultivos para a diversificación."
O traballo do proxecto deu lugar á publicación ou adopción de ferramentas de xenotipificación xenómica para cinco das principais especies de leguminosas. "Tamén obtivemos novos coñecementos sobre a diversidade xenética dispoñible para a mellora vexetal dentro de cada especie. A gran cantidade de marcadores obtidos nunha ampla gama de accesións renovou claramente o coñecemento sobre a alfalfa e a soia. "Tamén se identificaron novas fontes de variación fenotípica", engade Julier. Mediante a xenotipificación xenómica, o proxecto puido identificar marcadores moleculares asociados coa variación dos trazos. Estes marcadores poderían utilizarse en programas de mellora xenética para acelerar o progreso xenético. "Ademais, calculouse o poder preditivo dos trazos clave e os resultados suxiren que a selección xenómica tamén debería acelerar o progreso xenético na mellora das leguminosas, como ocorreu noutras especies vexetais e animais importantes", di Julier.
Aumentar a ambición Varios melloradores de leguminosas, tanto públicos como privados, contribuíron á recompilación e análise de datos. «Esta colaboración facilita a transferencia de coñecemento da investigación á industria», sinala Julier. Durante o proxecto, tamén se organizaron sesións de formación para criadores. "Viron o potencial da mellora molecular nas leguminosas. A longo prazo, espero que a mellora das leguminosas empregue ferramentas moleculares para acelerar o progreso xenético e liberar variedades adaptadas a diferentes restricións e usos", engade. En canto aos seguintes pasos, o proxecto ten como obxectivo demostrar o progreso que se pode conseguir coa mellora molecular en comparación coa mellora fenotípica. «Ao mesmo tempo, é crucial reducir os custos de xenotipificación adaptando os métodos e o número de marcadores necesarios nun programa de mellora. Finalmente, os programas de mellora deben adaptarse para introducir a mellora molecular no proceso de creación de variedades, ao mesmo tempo que actualizan as ecuacións de predición e os marcadores para reflectir a diversidade xenética en estudo", conclúe Julier.
En función dos resultados do proxecto, os melloradores de leguminosas de institutos públicos ou empresas privadas poden modificar os seus esquemas de mellora para optimizar o uso da diversidade xenética e implementar a mellora asistida por marcadores.
O progreso xenético impulsarase nos próximos anos coa creación de novas variedades, melloradas para adaptarse aos usos alimentarios e de pensos, así como ás restricións rexionais. Mentres tanto, os produtores poden confiar nas variedades existentes que demostraron un alto rendemento e calidade, así como estabilidade do rendemento en condicións probadas. Espérase que este uso xeneralizado de variedades de leguminosas nos sistemas agrícolas garanta un orzamento agrícola equilibrado.
Tamén terá un impacto significativo na autonomía proteica da UE para pensos e alimentos, aumentará os servizos ecosistémicos relacionados coa diversificación de cultivos e contribuirá ao subministro de nitróxeno nos sistemas agrícolas.
- INSTITUT NATIONAL DE RECHERCHE POUR L'AGRICULTURE, L'ALIMENTATION ET L'ENVIRONNEMENT (INRAE)
Proxectos relacionados
