Allgemeine Perspektive

Viele Gläser in den Regalen einer Samenbank.
Eine Saatbank aus Keimplasma von Nutzpflanzen: Die Analyse der genetischen Variation in Keimplasmasammlungen generiert einen Mehrwert für Genbanken, was diese Forschung zu einer guten Investition macht. Auf diese Weise können Genbank-Kuratoren Pflanzengenetikern und Züchtern spezifische Zugänge mit gewünschten Merkmalen anbieten, die dann Materialien auswählen können, die auf ihre Ziele und Bedürfnisse zugeschnitten sind. Foto: Pat Heslop-Harrison.

Während des 20. Jahrhunderts legten nationale, regionale und internationale Genbanken große Sammlungen für die meisten Nutzpflanzen an, um die Erhaltung pflanzengenetischer Ressourcen sicherzustellen. Die Nutzung dieser pflanzengenetischen Ausstattung bleibt jedoch begrenzt, da es an systematischer Forschung fehlt, um einen umfassenden Rahmen für die effiziente Identifizierung und Einkreuzung vorteilhafter Variationen für die Verwendung in der Pflanzenzüchtung bereitzustellen. Dies muss sowohl für bestehende Prioritätsmerkmale als auch für neue Mehrwertmerkmale erreicht werden. Aufgrund des Aufkommens molekularer Genomtechnologien und Fortschritte bei Computersystemen gibt es jetzt Möglichkeiten, neue, effizientere Ansätze für die Pflanzenzüchtung zu entwickeln. Die Leistungsfähigkeit der molekularen Genomik wird voll ausgeschöpft, wenn sie in Kombination mit klassischer quantitativer Genetik verwendet wird, um phänotypische, Stammbaum- und genotypische Informationen für wichtige Merkmale zu integrieren und vergleichend zu analysieren. Wenn wir Pflanzenzüchtung lehren, sollten wir daher Forschung und Ausbildung zur Nutzung der Pflanzenvielfalt betonen: Erhaltung und Charakterisierung sowie die Entwicklung von Methoden zur Steigerung des Tempos und des Umfangs der Auswirkungen von Technologien mit eingebettetem Saatgut. Diese Schulung erfordert ein breites Spektrum an Partnerschaften, die die Nutzung neuer Ressourcen erleichtern, um neu entstehendes Wissen nutzbar zu machen.

Forschung

Die Forschungsagenda für die praktische Ausbildung in der Pflanzenzüchtung sollte von der Pflanzenbiodiversität bis zur Bioinformatik reichen, wobei der Schwerpunkt auf der Analyse der genetischen Vielfalt von Nutzpflanzen sowie der Entwicklung von Strategien zur Erhaltung und Nutzung genetischer Ressourcen in der Pflanzenzüchtung mit Züchtungsinformatik liegt ein primäres unterstützendes Instrument. Im Laufe des letzten Jahrhunderts haben die Bewertung der Variation in Genbanksammlungen und die Erforschung von Züchtung und Selektion zu einer enormen Anhäufung von Wissen und genetischen Ressourcen geführt. Zum Beispiel haben viele Zuchtprogramme umfangreiche Mengen an historischen phänotypischen und genealogischen Informationen über ihre Zuchtlinien zusammengestellt und einige haben Samen dieser Linien konserviert. Allerdings wurden diese phänotypischen Daten, die aus langjährigen Versuchen in mehreren Umgebungen stammen, selten richtig kuratiert und mit Daten zur Genotyp- und Standortcharakterisierung integriert. Die Integration interdisziplinärer Informationsressourcen und einer umfassenden Keimplasmasammlung wird die Entwicklung eines neuen Paradigmas der wissensbasierten Pflanzenzüchtung erleichtern, in der definierte genomische Regionen das Ziel für eine spezifische Manipulation durch Pflanzenzüchtung sein werden. Daher können alle verfügbaren Daten, obwohl manchmal lückenhaft, für die retrospektive Modellierung verwendet werden, um die Grundlage für die Entwicklung von Simulationswerkzeugen zu bilden, um das Design von Zucht- und Auswahlsystemen laufender Zuchtprogramme zu optimieren. Die Hauptsäulen für das Unterrichten von Pflanzenzüchtungskursen sollten sein:

Biodiversität von Nutzpflanzen: Erhaltung, Charakterisierung und Wissensaustausch

  • Entwicklung evolutionärer Ansätze zur sicheren und dynamischen Erhaltung des weltweiten Kulturerbes für zukünftige Generationen durch Weiterverwendung in der Pflanzenzüchtung
  • Erforschung verbesserter Techniken zur Erhaltung pflanzengenetischer Ressourcen und zur Bewertung der Pflanzenvielfalt
  • Verständnis der reichen genetischen Vielfalt von Kulturpflanzen im Zusammenhang mit der Verwendung in der genetischen Verbesserung als Grundlage für die Entwicklung dynamischer Kernselektoren
  • Modellierung der genetischen Vielfalt bei landwirtschaftlichen Nutzpflanzenarten und ihren wilden Verwandten, um das Ausmaß der Variation zu bestimmen, Clustering von Keimplasma für die Probenahme und Identifizierung potenzieller Gebiete für die weitere Suche

Genetische Variation: Gezielter Zugang und effiziente Nutzung

  • Nutzung des ungenutzten Werts pflanzengenetischer Ressourcen durch die Entdeckung spezifischer, strategisch wichtiger Merkmale, die für aktuelle und zukünftige Generationen von Zielbegünstigten erforderlich sind
  • Analyse der genetischen Variation (einschließlich Assoziationskartierung zur Genentdeckung und Gen-Resequenzierung zur Allelidentifizierung) von Zielmerkmalen in den jeweiligen Genpools, um deren weitere „intelligente“ Nutzung in der Pflanzenzüchtung zu erleichtern
  • Bewertung innovativer Methoden zur genetischen Verbesserung von Nutzpflanzen, die zum Aufbau „strategischer Keimplasmablöcke“ durch die Nutzung ungenutzter „exotischer“ Variationen führen werden
  • Suche nach umweltfreundlichen Biotechniken, die die genetische Manipulation von Pflanzen erleichtern
  • Ermittlung der optimalen Nutzung molekularer, genetischer, phänotypischer und genealogischer Daten für das „Mining“ von Keimplasmasammlungen
  • Umwandlung von Daten in Wissen und Fähigkeiten durch Visualisierung der Ergebnisse der Genombeschreibung ganzer Nutzpflanzen, die zu einem besseren Verständnis der Wechselwirkungen zwischen Gen × Genotyp × Umwelt führen und in der Pflanzenzüchtung von großem Nutzen sein werden
  • Simulation wissensbasierter Zuchtansätze zur Unterstützung genetischer Verbesserungsprogramme bei der Auswahl der am besten geeigneten elterlichen Genotypen, Zuchtsysteme und Auswahlverfahren
  • Teilnahme an der Verbesserung von Pflanzeninformationssystemen und Informatikplattformen durch einen ganzheitlichen Rahmen, in dem die Entwicklung solcher Werkzeuge ausgerichtet wird, insbesondere um umfassende biologische Interpretationen sicherzustellen

Bildung … und öffentliches Bewusstsein

Eine Gruppe von Menschen, die einem Vortrag über Getreide zuhören.
Öffentlichkeitsarbeit und Bildung: Die Studierenden sollten durch Kurse und Forschungsprojekte lernen, die genetische Vielfalt in landwirtschaftlichen Nutzpflanzen und ihren wilden Verwandten zu modellieren, sowohl für die In-situ- als auch für die Ex-situ-Erhaltung sowie für die nachhaltige Nutzung genetischer Ressourcen zur Verbesserung von Nutzpflanzen. Sie müssen auch Fähigkeiten erwerben, um sich gegenüber der Öffentlichkeit und den politischen Entscheidungsträgern durchzusetzen, um Fortschritte in der Wissenschaft zum Wohle der Menschheit zu erzielen. Foto: Pat Heslop-Harrison.

Wir benötigen zunehmend Fachkräfte mit ganzheitlichen, interdisziplinären Kompetenzen, um die Pflanzenzüchtung voranzutreiben. Integriertes, systemorientiertes Denken muss sowohl im Bachelor- als auch im Masterstudium vermittelt werden. E-Learning (über webbasierte Systeme) sollte als unterstützendes Instrument zur Verfügung stehen und Studierende auch außerhalb ihrer Wohnorte erreichen, insbesondere durch interaktive Module, die den Zugang zu Wissen und die Selbsteinschätzung der eigenen Leistungen ermöglichen. Ebenso benötigen wir Informationsmaterialien, um die Öffentlichkeit und politische Entscheidungsträger für die Notwendigkeit der Erhaltung und nachhaltigen Nutzung pflanzengenetischer Ressourcen durch Pflanzenzüchtung zu sensibilisieren. Dies kann zur Mobilisierung von Ressourcen für umfangreiche nationale, kontinentale und internationale Forschungspartnerschaften mit dem öffentlichen und privaten Sektor führen.

Nutze einfach das erfahren Sie mehr über die Forschung des Lehrstuhls für Pflanzenzüchtung und Biotechnologie an der Schwedischen Universität für Agrarwissenschaften (auf Schwedisch).