Die Züchtung und Nutzung der Biodiversität in vegetativ vermehrten Kulturpflanzen ist eine besondere Herausforderung, da viele Sorten der weltweit angebauten Pflanzen nur in dem Sinne „verbessert“ werden, dass sie aus Landrassen selektiert werden. Die Pflanzen haben oft eine schmale genetische Basis. Eine Kombination aus Sterilität und, wo fruchtbare Verwandte gefunden werden, der Schwierigkeit, die grundlegenden Domestizierungsmerkmale in allen Kreuzungen wiederherzustellen, bedeutet, dass Zuchtprogramme nur begrenzten Erfolg hatten. Diese Woche bin ich beim Abschlusstreffen für ein Programm über molekulare Werkzeuge zur Qualitätsverbesserung der wichtigsten vegetativ vermehrten Nutzpflanzen der Welt: Banane (und Wegerich, Musa Arten) und Maniok (Manihot oder Tapioka, manihot esculenta). Zusammen liefern diese Pflanzen einen großen Teil der Kalorien, die in Asien und Afrika verzehrt werden, wobei die meisten von Kleinbauern für den Eigenverbrauch oder als lokale Geldernte in einkommensschwachen Ländern mit Nahrungsmittelknappheit angebaut werden, insbesondere in Afrika südlich der Sahara und in Asien . Im Vergleich zu anderen Grundnahrungsmitteln, einschließlich Getreide, war das Verständnis der natürlichen Vielfalt und der Strategien zur Züchtung verbesserter Sorten für Ernährungssicherheit und -qualität bei Bananen und Maniok jedoch äußerst begrenzt.
Das Treffen ist Teil einer Koordiniertes Forschungsprojekt (CRP), gesponsert von der Internationalen Atomenergiebehörde IAEO, in einem gemeinsamen Programm mit der Ernährungs- und Landwirtschaftsorganisation (FAO) der UNO. Es gehört zu ihrer laufenden Reihe wichtiger CRPs, die darauf abzielen, Kapazitäten bei der Anwendung wissenschaftlicher Ergebnisse und technologischer Ansätze in der Genetik und Pflanzenzüchtung aufzubauen und zu teilen. Die Auflistung der Herkunft der Projektteilnehmer, darunter Indonesien, die Philippinen, Mexiko, China, Kuba, Bangladesch, Indien, Ghana, Kenia und Nigeria sowie unser Gastgeber Brasilien und Europa, zeigt die globale Reichweite des Programms und das große Interesse bei der Entwicklung und Anwendung neuer Ansätze zur Verbesserung von Bananen und Maniok. Asha Nair und Chikelu Mba berichteten über das vorherige Treffen in Indien in Current Science (2007)Brad Till hat vor Kurzem die Nachfolge von Chike (der zur FAO gewechselt ist) als IAEA-Projektkoordinator angetreten, und Nicolas Roux vertritt Bioversity International.
Es ist immer interessant, die Ziele des Programms mit seinen Ergebnissen zu vergleichen: Ich war 2004 Teil des von Mirek Maluszynski moderierten Treffens, bei dem die Ziele des Programms mit Perry Gustafson (Missouri) und Martin Fregene (CIAT, Columbia). In den letzten sechs Jahren wurde das Verständnis der genetischen Basis von Merkmalen im Zusammenhang mit Merkmalen nach der Ernte als viel wichtiger erkannt: Ich habe Anfang des Jahres auf AoBBlog über Lebensmittelverschwendung gebloggt. Wir haben nicht vorhergesehen, wie sehr sich die neuen billigeren DNA-Sequenzierungsmethoden auf die von fast allen Teilnehmern berichtete Arbeit auswirken würden. Sicherlich wurden die Ziele der Messung der Vielfalt, der Suche nach wertvollen Merkmalen für Landwirte und Verbraucher und der Entwicklung von Molekular- und Gewebekulturstrategien, einschließlich der Verwendung von Mutationen, durch die Arbeit der Teilnehmer erreicht. Hier in Brasilia haben wir eine Reihe wertvoller Ergebnisse zur Messung der genetischen Vielfalt mit einer Reihe von molekularen Werkzeugen gesehen, die jetzt auf „verwaiste“ Nutzpflanzen mit einer begrenzten Forschungsbasis anwendbar sind, und alle Redner haben die Anwendung ihrer Arbeit beibehalten die Freigabe genetisch verbesserter Pflanzen an Landwirte im Auge – wobei Gewebekulturansätze zur Vermehrung und Verteilung verbesserter Materialien eine starke Rolle spielen. Sowohl bei Bananen als auch bei Maniok wurden dem Publikum einige bemerkenswerte Ergebnisse der Mutationsinduktion unter Verwendung von Gammastrahlen und EMS geboten. Bereits mehr als 3000 Nutzpflanzensorten haben (IAEO Mutant Variety Database) aus induzierten Mutationen freigesetzt wurden. Unter Verwendung von Strahlungsdosen von 30 bis 50 Gy und der Entwicklung neuer Gewebekulturprotokolle für die Vermehrung im Rahmen dieses Projekts zeigte Emma Sales mehrere Linien auf der Grundlage philippinischer Bananensorten mit einer Veränderung der Zellwand- und Zellstofferweichungsenzyme (Polygalacturonidasen und Proteasen), die die Haltbarkeit verlängerten reifer Bananen um mehrere Tage. Enny Sudarmonowati (Indonesien), Luiz Carvalho (Brasilien) und Andrew James (Mexiko) zeigten umfangreiche Ergebnisse zur Vielfalt von Stärken in Maniok und Bananen, wo die Veränderung der Art der Stärke große Auswirkungen auf die Endverwendung hat (nicht zuletzt für Biokraftstoffe und Ethanol). Produktion) und Wert der Ernte. Zaochang Liu (China) zeigte seine Ergebnisse mit beeindruckenden Ertragsverbesserungen von Strahlungsmutanten, obwohl die langfristige Stabilität noch unklar ist. Mehrere Artikel (darunter Peter Njau, Kenia und John Beeching, UK) haben das Problem der Cyanidproduktion in Maniokblättern diskutiert, die zu den Wurzeln transportiert werden, wodurch sie für den Verzehr ungeeignet sind – obwohl John feststellte, dass dieser Charakter möglicherweise versehentlich ausgewählt wurde, weil das Cyanid ist eine Stickstoffquelle für die Wurzel und kann die Lagerqualität verbessern sowie für Nagetiere und andere Schädlinge ungenießbar sein. Artikel von Andrew James (Brasilien), Robert Miller (Mexiko) sowie mein eigener Bericht über die Arbeit mit Mohamad Azhar (jetzt bei Nuclear Malaysia) haben die Fortschritte beim Verständnis einiger der in den Pflanzen verfügbaren krankheitsresistenten Gene erörtert – Arbeit, die wird die Freigabe neuer Sorten in den kommenden Jahren unterstützen. Bei Bananen diskutierte Mamun (Bangladesch) einige der Gewebekulturprotokolle und die Leistung von Feldpflanzen, während unsere Mitarbeiterin Asha Nair (Indien) Daten über die Antherenkultur und die haploide Produktion in Bananen zeigte, mit umfangreichen molekularen Daten über den Verlust der Allelvariation in den Kulturen. Mein eigener Vortrag konzentrierte sich auf Bananen und behandelte Arbeiten zur Markerentwicklung bei Bananen (siehe z. B. Domestizierung von Bananen, 2007; und der faszinierende Vorschlag über die Herkunft der Banane von einer Gruppe, zu der einer der Teilnehmer, Jaroslav Dolezel, gehört, siehe AoBBlog für eine Diskussion (einschließlich Links zu Cassava) und mehr unter Die Ursprünge der essbaren Hybridbanane und mehr von Alun Salt) und dazu übergehen, die molekulare Grundlage evolutionärer Unterschiede innerhalb und zwischen Sorten und Arten zu diskutieren.
Mehrere Teilnehmer haben die Relevanz der Arbeit unserer Gruppe für die Millenniums-Entwicklungsziele diskutiert. Wir alle sind der Notwendigkeit einer fortschrittlichen Pflanzenforschung und -züchtung verpflichtet, um die Armutsbekämpfung zu untermauern, und ich werde später das neue Zuchtparadigma der „Superdomestikation“ erörtern (siehe mein Papier mit Duncan Vaughanet al., 2007), bei der die Partnerschaft von Endverbrauchern (Landwirten und Verbrauchern) und Züchtern die idealen Anforderungen für eine neue Sorte berücksichtigt, die dann durch Nutzung des Wissens über genetische Vielfalt und Züchtungstechnologien geliefert wird.
Während sich die Präsentationen dem Ende zuneigen, denken wir nun über eine koordinierte Veröffentlichung unserer Ergebnisse und die Zukunftspläne für einzelne Forschungen und Kooperationen nach. Die Ergebnisse solcher Treffen wurden oft in IAEA Technical Reports veröffentlicht, einem sehr spezialisierten Format, das 21 nicht verwendetst Jahrhunderts, um qualitativ hochwertige Forschung vollständig verfügbar und zitierfähig zu machen, verbunden durch hochwertige Webpublikationen (in diesem Fall durch Oxford University Press und Highwire Press). Daher beabsichtigen wir, dass die während des Treffens diskutierten Arbeiten, die strengen Peer-Review-Standards entsprechen, als eine Gruppe von Artikeln in der Open-Access-Zeitschrift veröffentlicht werden sollten AoB Pflanzen, dank der Großzügigkeit der Annals of Botany Unternehmen bei der Finanzierung der Kosten der Open-Access-Publikation und Mike Jackson als Herausgeber des Journals. Dadurch werden alle Arbeiten vollständig über Pubmed Central und alle anderen Zitierdatenbanken und Suchplattformen verfügbar, und der offene Zugang bedeutet, dass die IAEA die Arbeiten als Sammlung verbreiten kann. Die Arbeit ist im Allgemeinen spezialisierter Natur, wird jedoch möglicherweise weitreichende Auswirkungen haben und sowohl für spezifische als auch allgemeine Ansätze zur molekularen Züchtung vegetativer Nutzpflanzen nützlich sein. Daher freue ich mich, dass die Aussicht auf eine Veröffentlichung in diesem neuen Format besteht.
Aus botanischer Sicht ist es immer spannend, in Brasilien zu sein, sowohl weil es vielleicht der wichtigste Biodiversitäts-„Hotspot“ der Welt ist, als auch weil es für viele landwirtschaftliche Produkte der weltweit kostengünstigste Produzent ist. Dies ist mein erster Besuch in Brasilia, einer Stadt, die ab den 1960er Jahren als neue Hauptstadt auf dem Cerrado errichtet wurde. Wir haben viele Grünflächen in der Stadt gesehen (bisher die meiste Zeit durch einen sehr britischen Nieselregen, wenn auch 5 ° C wärmer als in unserem besten Sommer), aber es gibt bisher nicht viele Hinweise darauf, dass die einheimische Flora auf der Stadt wächst leuchtend rote tropische lateritische Böden. Die „sensible Pflanze“ Mimose Pudica blüht reichlich in einigen Rasenflächen, das erste Mal, dass ich diese Pflanze in freier Wildbahn gesehen habe, und die vielfältige Auswahl an Hülsenfrüchten mit Blüten, die von Weiß über Blau, Rot und Gelb reichen, ist sehr beeindruckend. Später in der Woche haben wir einen Tag im Feld, also werden hier weitere folgen.
