Proxecto H2020 EUCLEG: Mellora das leguminosas forraxeiras e grans para aumentar a autosuficiencia proteica na UE e China
- Tipo Proxecto
- Estado Cheo
- Execución 2017 -2021
- Orzamento asignado 5.000.000,00 €
- Ámbito Europeo
- Fonte principal de financiamento H2020
- Páxina web do proxecto Proyecto EUCLEG
Recopilouse unha cantidade impresionante de datos de xenotipo e fenotipo de centos de accesos 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.
Ofreceuse formación en estatística e mellora molecular, tanto dentro como fóra de EUCLEG, para compartir estes resultados prometedores, ademais de publicacións e traballos en congresos. Os criadores de institutos públicos ou empresas privadas agora poden utilizar este coñecemento para optimizar a diversidade xenética e implementar a reprodución asistida por marcadores. Todo este avance, á súa vez, dará lugar a estratexias para unha mellora xenética máis rápida de novas variedades que contribuirán a potenciar o uso de leguminosas na gandería e na agricultura en Europa e China, e reducir a dependencia das proteínas, contribuíndo así aos obxectivos xerais do proxecto.
Os datos xenotípicos foron xerados:
- Alfalfa - Europa: 1061 accesos foron xenotipados por GBS. Frecuencias de alélicos para 228K SNPs con menos do 5% de datos que faltan e 118k SNPs sen datos que faltan. China: 220 individuos foron xenotipados mediante a secuenciación do xenoma completo (560K SNP).
- Trevo vermello: 641 accesos foron xenotipados por GBS. Datos de frecuencia de alelos para marcadores SNP de 65K.
- Feixón: xenotipáronse 400 accesos cunha matriz Axioma de feixón Haba de 50K. Datos xenotípicos para marcadores 35K.
- Chícharo: genotipáronse 260 accesos usando a matriz GenoPea 13K. Datos xenotípicos para marcadores 12K.
- Soia: 479 adhesións europeas e 326 chinesas foron xenotipadas coa matriz SoySNP 355K. Compiláronse inventarios de recursos fitoxenéticos para as cinco especies obxectivo en Europa e China, e reduciuse as diferenzas entre o sistema EURISCO e as bases de datos centrais europeas de cultivos.
Elaboráronse informes para describir os desafíos e riscos relacionados co intercambio de recursos xenéticos das plantas, o sistema de protección de variedades vexetais de China e a súa relevancia para os obtentores europeos. Realizáronse trinta e catro experimentos de campo en Europa e China con centos de accesos, e medíronse os trazos relacionados co rendemento, a calidade e a resistencia ao estrés. Ademais, realizáronse experimentos en condicións controladas para avaliar trazos relacionados 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 utilizaron moitos marcadores, a estrutura xenética engadiuse ao coñecemento actual. Por exemplo, na alfalfa, a diversidade en China e na UE-América é moi diferente, e entre a diversidade UE-América, hai unha variedade de diversidade relacionada en parte coa orixe xeográfica das variedades.
Na soia, unha exploración da diversidade xenética de todo o xenoma revelou múltiples sinaturas de selección nunha colección europea de soia en comparación coas coleccións chinesas de accesos de soia silvestre e cultivada. As interaccións xenotipo x medio ambiente foron en xeral importantes, pero identificáronse accesos de alto rendemento e/ou accesos 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 xenes candidatos potenciais 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 accesos e numerosos marcadores. A predición xenómica estándar adoitaba ser superior a 0,5, mentres que a adición de QTL nas ecuacións de predición xenómica elevou o poder preditivo a 0,8. No Work Package 6 (WP6), creouse un sitio web colaborativo para compartir os resultados do proxecto e producíronse e distribuíronse boletíns. Os resultados foron presentados en diversos congresos científicos e publicáronse varios artigos en revistas revisadas por pares; outros están en preparación.
O EUCLEG tiña como obxectivo proporcionar ferramentas e coñecementos para mellorar o progreso xenético de cinco grandes especies de leguminosas: dúas leguminosas forraxeiras, alfalfa e trevo vermello, e tres leguminosas de grans, chícharo, feixón e soia. Isto implicou xenotipado, fenotipado e traballos estatísticos. No WP1, desenvolvemos ferramentas moleculares e xenómicas. Para os dous cultivos forraxeiros criados, utilizamos xenotipado por secuenciación (GBS) para obter as frecuencias marcadoras dos individuos agrupados de cada acceso (pool-GBS). Para as tres leguminosas de grans autopolinizadas, usamos a tecnoloxía de matriz SNP para xenotipar as accesións. No WP2, estruturamos e melloramos o acceso aos datos de coleccións de recursos xenéticos de plantas europeas e chinesas. Identificamos lagoas (tanto de pasaportes como de datos fenotípicos) nos sistemas de información existentes e animamos aos propietarios de coleccións a abordalas. Creamos unha infraestrutura eficiente para a xestión centralizada dos datos recollidos durante o proxecto (a base de datos Progeno).
Finalmente, consideráronse os desafíos legais e os riscos asociados á posta en común dos recursos fitoxenéticos e os seus datos, así como os problemas de propiedade intelectual. No Work Package 3 (WP3), describiuse a estrutura xenética das coleccións de xermoplasma utilizando trazos fenotípicos e marcadores moleculares. Os ensaios establecéronse nunha rede de escenarios da UE e China. Avaliáronse os trazos fenotípicos relevantes: xerminación, establecemento do cultivo, resposta ao estrés biótico e abiótico, rendemento de forraxe e semente, 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 un xermoplasma prometedor. A estrutura xenética do xermoplasma foi descrita mediante os datos do xenotipo 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 estabilidade dos cultivos, incluída a resistencia a estrés biótico e abiótico.
A base de datos Work Package 2, que contén datos de xenotipo e fenotipo, utilizouse para as análises de asociación de todo o xenoma (GWAS). WP5 proporcionou aos criadores 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 (BV) e valores xenómicos de reprodución (GV). Avaliáronse os efectos de varios determinantes sobre a precisión da ecuación de predición VGE e propuxéronse solucións de mellora, incluída a selección xenómica. O WP6 difundiu os resultados do proxecto á comunidade científica e trasladou as innovacións ás partes interesadas.
O EUCLEG ten como obxectivo reducir a dependencia de Europa e China das importacións de proteínas mediante o desenvolvemento de estratexias de reprodución eficientes para cultivos de leguminosas de importante importancia económica para a alimentación humana e animal. O obxectivo é mellorar a diversificación, a produtividade dos cultivos, a estabilidade do rendemento e a calidade proteica das leguminosas forraxeiras (alfalfa e trevo vermello) e das leguminosas de grans (chícharos, xudías e soia).
Usando recursos xenéticos diversos e extensos e aproveitando ferramentas moleculares avanzadas, EUCLEG ten como obxectivo identificar e desenvolver os mellores recursos xenéticos, métodos de fenotipado e ferramentas moleculares para criar variedades de leguminosas cun rendemento mellorado baixo estrés biótico e abiótico en zonas agroecolóxicas representativas de Europa e China. Explorarase o potencial de novos usos das especies forraxeiras para a nutrición humana.
Desenvolveranse ou construíranse bases de datos que permitan buscar pasaportes, datos agronómicos e xenéticos para facilitar o intercambio e o uso de recursos xenéticos. A avaliación dos recursos xenéticos en ensaios multi-sitio permitirá a expansión do material de reprodución e a expansión da adaptación agroecolóxica. Analizarase a arquitectura xenética de trazos xenéticos clave mediante estudos de asociación para identificar marcadores moleculares relacionados con trazos fenotípicos.
Finalmente, avaliaranse as estratexias de selección xenómica polo seu potencial para mellorar o progreso xenético. Os criadores disporán de ferramentas prácticas para o xenotipado, a xestión de datos e a computación para implementar a selección asistida por marcadores e a selección xenómica que conduzan á creación de novas variedades a longo prazo. A asociación formada baixo EUCLEG, que agrupa institutos públicos e empresas privadas de Europa e China, garante a transferencia de coñecemento desde a investigación á industria sementeira.
Un proxecto financiado pola UE está a axudar a Europa e China a aumentar o seu nivel de autonomía proteica. 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 entrada de nitróxeno nos sistemas de cultivo, reducindo así potencialmente a necesidade de fertilizantes nitróxenos sintéticos. Tamén ofrecen unha alternativa nutritiva a base de plantas á carne, un mercado en crecemento, onde moitos buscan novas formas de aproveitar o potencial da produción de proteínas de orixe vexetal. Polo tanto, hai moitas razóns para cultivar máis leguminosas. Non obstante, en Europa e China, zonas con condicións agroecolóxicas aptas para o cultivo de proteínas vexetais, existe unha deficiencia, xa que ambos os continentes dependen en gran medida das importacións de proteínas e do uso extensivo de fertilizantes nitróxenos sintéticos. O proxecto EUCLEG (Breeding of Grain and Forage Legumes to Increase Protein Self-Suficiency in the EU and China), financiado pola UE, está a contribuír a reducir esta dependencia. "Traballamos en cultivos de leguminosas, co obxectivo final de mellorar as variedades", di Bernadette Julier, coordinadora do proxecto e directora de investigación do INRAE, o Instituto Nacional de Investigación sobre Agricultura, Alimentación e Medio Ambiente de Francia. Isto implicou xenotipado, fenotipado e traballos estatísticos.
Mellorar o progreso xenético EUCLEG centrouse nas cinco especies de leguminosas máis cultivadas en Europa: dúas leguminosas forraxeiras, alfalfa e trevo vermello, e tres leguminosas de grans, chícharo, feixón e soia. "Os nosos obxectivos eran axudar aos obtentores a crear variedades mellor adaptadas e de maior rendemento. "Estas variedades de leguminosas cultivaranse en zonas xeográficas onde xa se cultivan leguminosas e ofrecerán maior rendemento, calidade e estabilidade que as variedades actuais, ou contribuirán a ampliar a superficie de cultivo en rexións onde o cultivo de leguminosas é escaso", explica Julier. as proteínas locais introduciranse máis facilmente nas rotacións de cultivos para a súa diversificación.
O traballo do proxecto deu lugar á publicación ou adopción de ferramentas de xenotipado xenómico para cinco grandes especies de leguminosas. "Tamén obtivemos novos coñecementos sobre a diversidade xenética dispoñible para o cultivo de plantas dentro de cada especie. O gran número de marcadores obtidos nunha ampla gama de accesos renovou claramente o coñecemento sobre a alfalfa e a soia. Tamén se identificaron novas fontes de variación fenotípica", engade Julier. Usando o xenotipado xenómico, o proxecto puido utilizar estes marcadores para mellorar a variación molecular. programas 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 creación de leguminosas, como ocorreu noutras especies de plantas e animais importantes", afirma Julier.
Aumentando a ambición Varios produtores de leguminosas, tanto públicos como privados, contribuíron á recollida e análise de datos. "Esta colaboración facilita a transferencia de coñecemento da investigación á industria", sinala Julier. Durante o proxecto tamén se organizaron xornadas de formación para criadores. "Viron o potencial da reprodución molecular en leguminosas. A longo prazo, espero que o cultivo de leguminosas utilice ferramentas moleculares para acelerar o progreso xenético e liberar variedades adaptadas a diferentes restricións e usos", engade. En canto aos próximos pasos, o proxecto pretende demostrar o progreso que se pode acadar coa reprodución molecular en comparación coa reprodución fenotípica. «Ao mesmo tempo, é fundamental reducir os custos de xenotipado adaptando os métodos e o número de marcadores necesarios nun programa de reprodución. Por último, os programas de mellora deben adaptarse para introducir o cultivo molecular no proceso de creación da variedade, ao tempo que se actualizan as ecuacións de predición e os marcadores para reflectir a diversidade xenética en estudo", conclúe Julier.
En función dos resultados do proxecto, os produtores de leguminosas de institutos públicos ou empresas privadas poden modificar os seus esquemas de reprodución para optimizar o uso da diversidade xenética e implementar a cría asistida por marcadores.
O progreso xenético impulsarase nos próximos anos coa creación de novas variedades, melloradas para adaptarse aos usos de alimentos e pensos, así como ás restricións rexionais. Mentres tanto, os produtores poden confiar nas variedades existentes que demostraron un alto rendemento e calidade, así como unha estabilidade de rendemento en condicións probadas. Espérase que este uso xeneralizado das variedades de leguminosas nos sistemas agrícolas asegure un orzamento agrícola equilibrado.
Tamén terá un impacto significativo na autonomía proteica da UE para pensos e alimentos, aumentará os servizos dos ecosistemas relacionados coa diversificación dos cultivos e contribuirá ao abastecemento de nitróxeno nos sistemas agrícolas.
- INSTITUT NATIONAL DE RECHERCHE POUR L'AGRICULTURE, L'ALIMENTATION ET L'ENVIRONNEMENT (INRAE)
Proxectos relacionados
