De karakterisatie van de biodiversiteit van banaan (Musa spp.): ontdekken van allelen via een integratie van phenomics, proteomics en transcriptomics

Banaan is een van de meest geproduceerde gewassen wereldwijd, de productie van 2013 oversteeg 122 miljoen ton. Om optimale productie te verzekeren is er behoefte aan 1200 – 2690 mm water op jaar basis, afhankelijk van de agro ecologische setting. Het gewas is kwetsbaar voor abiotische factoren, mede door de gelimiteerde genetische diversiteit in commerciële plantages. Desalniettemin is er een grote, vooral niet-gekarakteriseerde diversiteit, binnen het gewas Musa. Wij geloven dat het exploreren en gebruiken van deze diversiteit een oplossing kan bieden voor een veelvoud van (a)biotische factoren die de huidige gewasproductie bemoeilijken. Het International Transit Center van Bioversity International bezit de grootste collectie van biodiversiteit voor banaan, en het Laboratorium voor Tropische Plantenteelt (KU Leuven) beheert deze.

De algemene doelstelling van dit doctoraatsproject is om droogte tolerantie binnen een diverse subset van eetbare bananen te evalueren en allelen te identificeren die gelinkt kunnen worden aan droogte tolerantie. Dit zijn belangrijke merkers voor de veredeling naar droogte tolerantie toe en maken de evaluatie van de biodiversiteit van banaan voor droogte mogelijk. Voorgaande experimenten hebben moleculaire merkers voor droogte tolerantie op eiwit en transcript niveau geïdentificeerd. Nu willen we de experimentele setup vergroten om een meer precieze selectie van merkers te doen en om de droogte respons in een grotere subset van banaan te beschrijven.

Onze werkwijze start bij het karakteriseren van het fenotype. Een eerste model wordt opgesteld om een snelle screening van vele variëteiten te doen zodat een eerste algemene classificatie van groei potentieel onder droogte stress opgesteld kan worden. Ten tweede wordt een meer gedetailleerde opname gedaan van het fenotype. Hetgeen toestaat om de droogte respons meer precies in de tijd, en dichter bij de landbouwkundige realiteit te beschrijven. Tenslotte wordt oogst data verzameld van velden in banaan producerende regios en kunnen de fenotype modellen gevalideerd worden.

Om mogelijke tolerantie gerelateerd merkers of allelen te identificeren integreren we variabelen op drie niveaus: het fenotype, het transcriptoom, en het proteoom. Dit laat toe de aanwezigheid van bepaalde allelen te relateren aan tolerante fenotypes. Om meer te leren van de algemeen droogte response bij banaan bestuderen we de verschillende allelische varianten en de biologische pathways waartoe ze behoren. Enkele meer tolerante en meer gevoelige genotypen worden gekarakteriseerd via mRNA seq en de aanwezigheid van een uniek allel kan gecorreleerd worden met een meer tolerant fenotype. In een volgende stap worden potentiële droogte tolerante gerelateerde allelen gevalideerd in qRT-PCR of SRM, in onafhankelijk experimenten in een setup die dichter aanleunt tegen de landbouwkundige realiteit. Samenvattend wordt de karakterisatie van de Musa biodiversiteit bewerkstelligd door een integratie binnen drie lagen van het centrale biologische dogma: het fenotype, het transcriptoom en het proteoom.