Fast Breeding

Fast Breeding

Crops that can survive the heat, and drought. That are nutritious, but also resistant against pests and diseases. A whole list of wishes. Preferably ready by today, and if that is not possible then by tomorrow, but no later. Hooked as we are to the quick fulfilment of our desires and wishes. Forgetting that not all wishes could be fulfilled by a click with the mouse. It takes for example about 10 years to breed a new crop. And by then we can only hope that our demands did not grow even bigger.

Breeding a new crop is a game of patience. Firstly, the breeder needs to find plants that has some of the desired traits. Only then can the breeding start. With crossing of two plants with the wished-for traits. For example, a wheat plant that is resistant to a fungus with one that has a high yield.

Then the waiting starts, selecting and more waiting. Only after about seven to eight generations after the first crossing are the new traits strongly secured. They are tested in the field, and the breeder can be sure that the new crop has no surprises left for him. By then a year of 8 to 10 has gone. Each generation is a breeding season, 4-6 months. Which slows everything down.

The discovery of speed breeding gives hope for the future, with the potential of developing new crops within four years

Up till now researchers, breeders and growers always breed plants using natural conditions, or by copying them. But recently researchers found out that the generation time can be shorted by deviating from the natural conditions. By giving plants, that did not need any winter, 22 hour days. This shorted the time from seed to seed. Enabling growing 6 generations in a year, compared to the 2 to 3 generations previously.

But some plants need a winter before they flower. Now Korean, Australian, and British researchers found out how they can also shorten winter. By germinating and growing wheat and barley at 8 °C and giving them days of 22 hours, they reduced winter to 4 weeks. Allowing in a year to grow 3 to 5 generations of winter wheat or barley. Previously this was less than 2 generations a year. Making breeding crops a lot faster.

The discovery of speed breeding gives hope for the future, with the potential of developing new crops within four years. Although the breeder would still test its crop in the field, if only to check the new plant has any surprises left for us. But with speed breeding the chance that the new crop still meets our demands is bigger at least.

Literature

Cha J.-K., O’Connor K., Alahmad S., Lee J.-H., Dinglasan E., Park H., Lee S.-M., Hirsz D., Kwon S.-W., Kwon Y., Kim K.-M., Ko J.-M., Hickey L.T., Shin D., and Dixon L.E. (2022). Speed vernalization to accelerate generation advance in winter cereal crops. Mol. Plant. 15, 1300–1309. https://doi.org/10.1016/j.molp.2022.06.012.

Watson, A., Ghosh, S., Williams, M.J., Cuddy, W.S., Simmonds, J., Rey, M.D., Asyraf Md Hatta, M., Hinchliffe, A., Steed, A., Reynolds, D., et al. (2018). Speed breeding is a powerful tool to accelerate crop research and breeding. Nat. Plants 4:23–29. https://doi.org/10.1038/s41477-017-0083-8.

Snelle veredeling

Snelle veredeling

Gewassen die tegen hitte kunnen, en droogte. Voedzaam zijn, maar ook resistent tegen ziekte en plagen zijn. Een hele waslijst aan wensen hebben we. Het liefst hebben we ze vandaag al beschikbaar, of als dat niet kan dan morgen. Verslingerd als we zijn geraakt aan de snelle inwilliging van onze wensen en verlangens. Vergeten we dat niet alle wensen met een klik van de muis ingewilligd worden. Zo duurt het een jaar of 10 voordat er een nieuw planten-ras is. En het is te hopen dat onze eisen tegen die tijd niet nog strenger zijn.

Geduld is nodig voor het kweken van een nieuw gewas. Eerst moeten veredelaars gewassen vinden met sommige van de gewenste eigenschappen. Hebben ze die gevonden, dan kunnen ze aan de slag. Met het kruizen van twee planten met de gewenste eigenschappen. Bijvoorbeeld een tarwe plant die resistent is tegen schimmel met een die een hoge opbrengst heeft.

Dan begint het wachten, het selecteren, en nog wat meer wachten. Zo’n zeven à acht generaties in na de eerste kruising zijn de nieuwe eigenschappen stevig verankerd. Zijn ze getest in het veld en kan de veredelaar er zeker van zijn dat het nieuwe gewas geen verassingen meer voor hem heeft. En zijn we een jaar of 8 tot 10 verder. Een generatie duurt een groeiseizoen, 4-6 maanden. Een behoorlijke bottleneck.

Deze snelle veredeling geeft de hoop dat in de toekomst nieuwe gewassen er binnen de vier jaar kunnen zijn

Tot nu toe hebben onderzoekers, veredelaars en kwekers altijd planten gekweekt in natuurlijke condities, of door deze na te bootsen. Maar recent hebben onderzoekers ontdekt, dat door hiervan af te wijken ze de generatietijd flink kunnen verkorten. Door de planten, die geen winter nodig hebben, dagen van 22 uur te geven. Dit maakt het mogelijk om 6 generaties in een jaar te hebben in plaats van de gebruikelijke 2 tot 3 generaties.

Maar sommige planten hebben een winter nodig om te kunnen bloeien. Nu hebben Koreaanse, Australische en Britse onderzoekers ontdekt dat ze ook de winter kunnen verkorten. Door tarwe en gerst te laten ontkiemen en groeien bij 8 °C en dagen van 22 uur. Dit verkorte de winter naar 4 weken. En zorgde ervoor dat er 3 tot 5 generaties in een jaar konden groeien, in plaats van de bijna 2 generaties. Een stuk sneller.

Deze snelle veredeling geeft de hoop dat in de toekomst nieuwe gewassen er binnen de vier jaar kunnen zijn. Al zullen altijd testen in het veld nodig zijn, al is het alleen maar om te checken of de plant geen verassingen heeft wanneer het groeit onder normale condities. De kans dat het nieuwe gewas nog steeds aan onze wensen voldoet is met de kortere generatie tijd in ieder geval groter.

Literatuur

Cha J.-K., O’Connor K., Alahmad S., Lee J.-H., Dinglasan E., Park H., Lee S.-M., Hirsz D., Kwon S.-W., Kwon Y., Kim K.-M., Ko J.-M., Hickey L.T., Shin D., and Dixon L.E. (2022). Speed vernalization to accelerate generation advance in winter cereal crops. Mol. Plant. 15, 1300–1309. https://doi.org/10.1016/j.molp.2022.06.012.

Watson, A., Ghosh, S., Williams, M.J., Cuddy, W.S., Simmonds, J., Rey, M.D., Asyraf Md Hatta, M., Hinchliffe, A., Steed, A., Reynolds, D., et al. (2018). Speed breeding is a powerful tool to accelerate crop research and breeding. Nat. Plants 4:23–29. https://doi.org/10.1038/s41477-017-0083-8.

From day to night

From day to night

Licht and dark, regulate a plants growth and development. Day and night, each bringing their own set of regulators. But the transition goes gradually from the day to the night shift. Just like how the dark is slowly consuming the light at the start of the night.

The important regulator of the night is COP1. To get the night shift to do its job, COP1 is kind of eating the proteins of the day shift. In the dark COP1 can do its thing. But not in the light, then COP1 stops, switched off by light. Giving the regulator of the day shift, HY5, a chance. Chinese researchers now showed that this is not the whole story.

The turning on of SICKLE by HY5 prevents wasting costly energy.

One of the genes turned on by HY5, the regulator of the day shift, is SICKLE. SICKLE is not a gene-on switch, but works together with them, and so influencing the genes turned on and off. The researchers noticed SICKLE binding to HY5, which caused HY5 to be less good at its job. Consequently, HY5 turns on less and less genes of the day shift as the day progresses.

SICKLE, so noticed the researchers, is not only binding to HY5 of the day shift, but also PIF4. PIF4 is actually part of the night shift, as light is switching most of PIF4 off. But when SICKLE binds to the little of PIF4 that is still around, then PIF4 is turning itself back on. So can PIF4 at the end of the afternoon already start its job of turning off the day shift genes.

The turning on of SICKLE by HY5 prevents the turning on of day shift genes at the end of the day. The plant prevents wasting costly energy. As it is not making proteins that it will (almost) directly after finishing break down again. SICKLE helps with a gradual transition from the day to night shift at the start of the night.

Literature

Li, T., Li, H., Lian, H., Song, P., Wang, Y., Duan, J., Song, Z., Cao, Y., Xu, D., Li, J., and Zhang, H. (2022) SICKLE Represses Photomorphogenic Development of Arabidopsis Seedlings via HY5- and PIF4-Mediated Signaling. J. Integr. Plant Biol. https://doi.org/10.1111/jipb.13329

Van dag naar nacht

Van dag naar nacht

Licht en donker, reguleren de groei en ontwikkeling van planten. Dag en nacht, elk brengen ze een eigen zet regulators met zich mee. Maar de overgang van de dag- naar de nachtploeg gaat geleidelijk. Precies zoals het donker langzaam het licht opslokt aan het begin van de nacht.

De belangrijkste regulator van de nacht is COP1. Om de nachtploeg z’n werk te laten doen, eet. COP1 als ware de eiwitten van de dagploeg op. In het donker kan COP1 kan z’n gang gaan. In het licht niet, COP1 stopt, uitgeschakeld door het licht. Het geeft de regulator van de dag, HY5, een kans. Chinese onderzoekers hebben nu laten zien dat dit niet het hele verhaal is.

Het aanzetten van SICKLE door HY5 voorkomt verspilling van kostbare energie.

Een van de genen die HY5, de regulator van de dagploeg, aanzet is SICKLE. SICKLE, zelf geen gen-aanzetter, maar werkt samen met ze, en beïnvloedt zo het aan- en uitzetten van genen. De onderzoekers zagen dat SICKLE aan HY5 bindt met als gevolg dat HY5 z’n werk niet goed kan doen. Hierdoor zet de HY5 in de loop van de dag minder genen van de dagploeg aan.

SICKLE, zo zagen de onderzoekers, bindt niet alleen HY5 van de dagploeg, maar ook PIF4. PIF4 is eigenlijk onderdeel van de nachtploeg, licht schakelt PIF4 grotendeels uit. Wanneer SICKLE bindt aan PIF4, het beetje dat er nog over is, dan schakelt PIF4 z’n eigen gen aan. Zo kan PIF4 aan het eind van de middag alvast beginnen met z’n werk, het uitzetten van de dagploeg-genen.

Het aanzetten van SICKLE door HY5 voorkomt het aanzetten van de dagploeg-genen aan het eind van de dag. De plant vermijdt hiermee het verspillen van kostbare energie. Het maakt immers geen eiwitten die het (bijna) gelijk na voltooiing weer afbreekt. SICKLE helpt bij de geleidelijke overgang van de dag- naar nachtploeg aan het begin van de nacht.

Literatuur

Li, T., Li, H., Lian, H., Song, P., Wang, Y., Duan, J., Song, Z., Cao, Y., Xu, D., Li, J., and Zhang, H. (2022) SICKLE Represses Photomorphogenic Development of Arabidopsis Seedlings via HY5- and PIF4-Mediated Signaling. J. Integr. Plant Biol. https://doi.org/10.1111/jipb.13329