Doktorsavhandlingar

Jordbrukssektorn är en av de sektorer som bidrar mest till klimatförändringarna. För att upprätthålla en hög produktion är nuvarande jordbruksmetoder starkt beroende av konstgödningsmedel och kemiska växtskyddsmedel för att skydda grödan mot skadedjur och sjukdomar. Användning av kemiska växtskyddsmedel kan dock förorena mark och vatten och skada andra växter, djur, insekter och mikroorganismer.

För att minska beroendet av kemiska växtskyddsmedel rekommenderas ett holistiskt synsätt som kombinerar olika agronomiska, mekaniska och biologiska metoder inom ramen för integrerat växtskydd (IPM). Inom EU föreskriver direktiv 2009/128/EG att alla som arbetar med växtproduktion ska följa principerna för IPM eller ekologisk odling. Biologisk bekämpning, dvs. utnyttjande av nyttoorganismer för att hantera skadedjur och patogener, är ett hållbart alternativ till kemiska växtskyddsmedel, och EU-kommissionen rekommenderar också att det används för hållbart växtskydd.

Många biologiska bekämpningsorganismer (BCA) är mikroorganismer, och de kan variera i effektivitet på grund av olika biologiska och miljömässiga faktorer. En av de faktorer som kan påverka effektivitet hos biologisk bekämpning är interaktionen med växten. Växter och mikroorganismer samverkar genom komplexa molekylära mekanismer som hjälper växterna att känna igen sjukdomsalstrande patogener och andra mikroorganismer, medan mikroberna använder sina molekylära strategier för att övervinna eller undertrycka växternas försvar.

Det är etablerat att växter bär på genetisk variation vilket gör vissa individer (genotyper) mer eller mindre mottagliga för patogener än andra. Hur växters genetisk variation kan påverka effektiviteten av biologisk bekämpning är dock fortfarande inte väl studerat.

Syftet med denna avhandling är att bättre förstå hur växters genetisk variation påverkar effektiviteten av biologisk bekämpning. För detta ändamål användes cirka 200 genotyper av höstvete, BCA svampen Clonostachys rosea, samt två viktiga svampsjukdomar; svartpricksjuka orsakad av Zymoseptoria tritici och stråbasröta som orsakas av Fusarium graminearum. Bekämpning av sjukdomar orsakade av dessa två patogener står för en stor del av den globala användningen av fungicider. Clonostachys rosea har framgångsrikt använts för biologisk bekämpning av mer än trettio sjukdomar/patogener, inklusive Z. tritici och F. graminearum. Vetets fenotypiska variation undersöktes genom att plantor inokulerades med patogenen, med eller utan en förbehandling med C. rosea, vilket gjorde att mottagligheten för sjukdomarna kunde särskiljas från effekten av den biologiska bekämpningen. Som mått på den biologiska bekämpningens effektivitet användes i vilken grad en viss genotyp gynnades av C. rosea-behandlingen när det gällde minskningen av sjukdomen.

Sjukdomsmottagligheten och effektiviteten av den biologisk bekämpning uppskattades genom visuell bedömning av sjukdomen, och regioner i vetets arvsmassa som var associerade med den fenotypiska variationen identifierades med hjälp av genetiska markörer i storskaliga associationsstudierna. Resultaten visade att det fanns skillnader mellan olika genotyper av höstvete när det gäller mottaglighet för båda sjukdomarna, och genetiska regioner som var kopplade till mottaglighet/resistens identifierades. Dessutom varierade även effektiviteten av den biologiska bekämpningen mellan genotyperna, och de genetiska regioner som var associerade med denna egenskap skilde sig från de regioner som var kopplade till mottaglighet för sjukdomen. Den biologiska bekämpningen av stråbasröta var betydligt mer effektiv än bekämpningen av svartpricksjuka. Hög mottaglighet för 
sjukdomen och hög effektivitet av biologisk bekämpning var positivt korrelerade, vilket tyder på att mottagliga växter hade större nytta av C. rosea. Dessutom undersöktes förändringar i geners aktivitet över tid efter inokulering med C. rosea, Z. tritici, eller båda svamparna samtidigt.

Resultaten visar att C. rosea kan inducera specifika gener kopplade till växtens immunförsvar, med eller utan Z. tritici. Resultatet visade dock på en tidsmässig skillnad mellan genotyperna, där effektiv biologisk bekämpning var kopplad till en långsam men kraftig inducering av immunförsvaret.

Sammanfattningsvis visar dessa resultat att genotyper av höstvete uppvisar genetisk variation för mottaglighet/resistens mot sjukdomarna svartpricksjuka och stråbasröta, samt effektiviteten av biologisk bekämpning av nämnda sjukdomar med C. rosea. Växtförädlare utnyttjar växternas genetiska variation för att utveckla sjukdomsresistenta sorter. På samma sätt kan genetisk variation potentiellt utnyttjas för att förädla fram växter med hög förmåga att dra fördel av nyttiga mikroorganismer, såsom C. rosea för biologisk bekämpning av sjukdomar. Molekylära markörer kan underlätta växtförädlarnas arbete med urvalet av genotyper med hög resistens och hög kompatibilitet med nyttiga mikroorganismer i framtida förädlingsprogram.

Ytterligare forskning behövs dock för att förstå hur dessa resultat kan överföras till andra grödor, patogener och BCAs. Den kunskap som genererats i detta arbete bidrar till att optimera tillämpningar av biologisk bekämpning och växtförädling, som bidrar till framtidens effektiva och miljövänliga växtskyddstrategier och en minskad användning av kemiska växtskyddsmedel.

Läs mer i avhandlingen: Plant genotype-dependent biocontrol of wheat diseases

Åkerböna (Vicia faba L.) är en av världens äldsta odlade grödor och har stor potential att spela en viktig roll i framtidens jordbruk—särskilt i nordiska regioner där växtsäsongen är kort. Precis som andra baljväxter förbättrar åkerbönan jordens bördighet genom att binda kväve från luften, vilket minskar behovet av konstgödsel. Dess frön är dessutom rika på protein, vilket gör den till en värdefull livsmedelskälla i omställningen mot en mer växtbaserad kost. Om vi odlade mer åkerböna i Sverige skulle vi kunna minska vårt beroende av importerad soja och användningen av gödsel, samtidigt som den skulle öka mångfalden i våra odlingssystem.

Trots sina många fördelar har åkerbönan fått relativt lite uppmärksamhet i växtförädlingen, särskilt i jämförelse med grödor som vete och soja, där omfattande forskning har lett till högre avkastning och bättre frökvalitet. För att kunna odla mer åkerböna och använda den i större utsträckning som livsmedel behöver vi bättre förstå hur dess gener styr viktiga egenskaper som avkastning, frökvalitet och anpassning till nordligt klimat. Genom att kartlägga de genetiska mekanismerna bakom dessa egenskaper kan vi utveckla nya verktyg som gör växtförädlingen mer effektiv och bidrar till ett mer hållbart livsmedelssystem, samtidigt som den regionala självförsörjningen stärks.

I den här avhandlingen har hundratals åkerbönesorter från hela världen undersökts för att utvärdera deras egenskaper under nordliga odlingsförhållanden. Med hjälp av avancerade genetiska analyser har delar av åkerbönans arvsmassa identifierats som påverkar viktiga egenskaper såsom växthöjd, blomningstid, fröstorlek och fröskörd. Dessa genetiska pusselbitar kan användas för att ta fram nya åkerbönesorter som är mer produktiva och bättre anpassade till nordliga odlingsförhållanden.

Forskningen har också fokuserat på hur åkerbönans frön utvecklas och lagrar viktiga näringsämnen som protein, stärkelse och olja—ämnen som är avgörande både för livsmedel och djurfoder. Genom att förstå hur dessa ämnen bildas under fröets tillväxt och vilka gener som styr processen kan vi förbättra åkerbönans näringsvärde och göra den mer användbar i livsmedelsproduktionen.

En annan viktig del av forskningen handlar om blomningen, som är avgörande för hur väl åkerbönan klarar sig i vårt klimat. Vi har identifierat en särskild grupp av gener som bland annat påverkar när och hur åkerbönan blommar. Genom att ta fram ny kunskap och genetiska verktyg för att växtförädlingen av åkerböna bidrar den här avhandlingen till ett mer hållbart jordbruk, till större mångfald i odlingslandskapet och fler växtbaserade proteinkällor för framtiden.

Läs mer i avhandlingen: Genetic insights into seed development, flowering and diversity in faba bean - Pre-breeding for sustainable agriculture

Raps odlas mest för sin olja, men det kvarvarande frömjölet är en värdefull  proteinkälla som kan användas i djurfoder. Frömjölet innehåller dock antinutritionella föreningar–glukosinolater, sinapin och fytinsyra–som gör det mindre näringsrikt, mindre smakligt och svårare för djur att smälta. Traditionell förädling har haft svårt att minska dessa föreningar, och genetisk modifiering möter strikta regleringar.

I denna forskning använde vi en modern genetisk teknik som kallas CRISPR-Cas-genredigering för att tackla detta problem. CRISPR är vanligtvis känt som den "genetiska saxen", på grund av dess förmåga att klippa i gener. De klipp som görs stänger av gener, vilket gör det möjligt att ändra en organisms gener utan att introducera främmande DNA, som är fallet vid genetisk modifiering.

För att kunna använda CRISPR i raps, behövde vi först utveckla en metod för att regenerera rapsplantor från individuella celler. Därefter kunde vi noggrant klippa de gener som ansvarar för att producera de oönskade föreningarna med hjälp av CRISPR. Cellerna med de redigerade generna regenererades sedan till plantor. På detta sätt skapade vi plantor med betydligt lägre nivåer av antinutritionella föreningar. Till exempel minskade vi glukosinolathalten med upp till 64 %, medan modifiering av sinapinrelaterade gener sänkte nivåerna av sinapin med upp till 73 %. Vi minskade också fytinsyrahalten i fröet med 62 %.

Denna forskning öppnar dörren för ett hälsosammare och mer hållbart djurfoder samtidigt som den visar en lovande metod för att förbättra grödor genom genredigering utan att behöva använda traditionell genetisk modifiering.

Läs mer i avhandlingen: Enhancing rapeseed seedcake quality for feed and food using CRISPR-Cas RNP gene editing

Medan en tillräcklig tillgång på växtnäring, särskilt kväve, är en förutsättning för god tillväxt och fröproduktion hos alla växter medför en ökad användning av kvävegödselmedel i jordbruket stora risker för miljöproblem. En förbättrad kväve-effektivitet, särskilt i våra baslivsmedelsgrödor såsom vete, kommer att bidra till att säkerställa höga skördar i en mer hållbar livsmedelsproduktion och en minskad risk för miljöföroreningar inom jordbruket.

När vi var barn fick vi ofta höra att vi skulle äta upp all mat för att bli starka och friska. Detta gällde särskilt frukt och grönsaker som är fulla av näringsämnen och mineraler som är nödvändiga för en god hälsa hos oss människor. Samma princip gäller även för växter- näringsämnen är avgörande för växters tillväxt och överlevnad. Bland dessa utmärker sig särskilt ett växtnäringsämne som ofta blir starkt tillväxtbegränsande för många växter, nämligen kväve.

Kväve är oumbärligt för växter och spelar en avgörande roll under hela livscykeln. För grödor såsom vete, som är en basföda för många människors kost, är kväve särskilt viktigt. Därför används exempelvis i de nordiska länderna mycket kvävegödselmedel för att säkerställa höga skördar, vilket har medfört ökat utsläpp av växtnäring i Östersjön, med miljöproblem som följd. Det har därför blivit en hög prioritet inom det moderna jordbruket att öka grödors kväve-effektivitet.

Forskningen fokuserade på kväve-effektivitet hos vårvete, som är en lovande gröda för nordiskt klimat. För att studera kväve-effektiviteten undersöktes olika aspekter såsom kväveupptagseffektivitet, kväveutnyttjande-effektivitet och kväveinnehåll i kärnorna. Avhandlingen undersökte viktiga växtegenskaper och växtförädlingsmål hos vårvete för att bättre förstå och förbättra grödans kväve-effektivitet vid odling under olika miljöförhållanden. En viktig del i avhandlingen var utvecklingen av en 
praktiskt användbar metod för att snabbt kunna bedöma viktiga växtegenskaper kopplade till kväve-effektivitet i stora växtförädlingspopulationer. En annan del i avhandlingen fokuserade på analysen av genetiska data och identifieringen av specifika regioner i vetegenomet som är kopplade till grödans kväve-effektivitet.

Resultaten visade stabila samband mellan grödegenskaper som idag används inom växtförädlingen, t.ex. kärnavkastning och proteinhalt, och egenskaper kopplade till kväve-effektivitet som idag inte används inom växtförädlingen. Medan hög kväveutnyttjande-effektivitet kunde kopplas till sorter med hög avkastning, och högt kväveinnehåll i kärnorna kunde associeras med sorter förädlade för höga proteinhalter, var kväveupptagseffektiviteten inte kopplad till något växtförädlingsmål.

Rotegenskaper är allmänt viktiga för grödors kväveupptag men påverkades här mest av genetik (sort) och miljö (temperatur och torka) snarare än förädlingsmålet hos det undersökta växtmaterialet. Identifieringen av olika genomiska regioner kopplade till egenskaper för förbättrad kväve-effektiviteten och den framgångsrika utvecklingen av en effektivare metod för att kartlägga dessa egenskaper kommer att bana väg för en effektivare växtförädling av vårvete med förbättrad kväve-effektivitet.

Denna forskning har alltså tagit fram ett praktiskt användbart verktyg för att mer effektivt kunna kartlägga viktiga växtegenskaper kopplade till kväve-effektivitet. Den har också lagt grunden för att växtegenskaper kopplade till kväve-effektivitet ska kunna användas rutinmässigt i växtförädlingen för att ta fram vårvetesorter som är både produktiva och kan bidra till ökad miljömässig hållbarhet. Således kan denna forskning bidra till att minska jordbrukets miljöpåverkan och öka livsmedelssäkerheten i de nordiska länderna.

Läs mer i avhandlingen: Towards sustainable spring wheat cultivation: enhancing nitrogen use efficiency through strategic breeding

Socker är en oundviklig del av vårt dagliga liv och används både hemma och industriellt för att producera varor, alkoholdrycker, läsk och mejeriprodukter eller ingår i bioplaster, kosmetika, biobränsle och läkemedel. Det har kommersiellt en viktig roll i livsmedelsindustrin. Socker produceras globalt huvudsakligen från sockerrör och sockerbetor. Speciellt i länder med tempererat klimat är sockerbetor den största sockerkällan.

Omkring 20% av det socker som produceras i världen kommer från sockerbetor där sackaroshalten i olika sorter varierar från 13 till 22%. Produktionen av socker och produktiviteten påverkas dock ofta av en mängd stressfaktorer i miljön och av sjukdomar och skadegörare.

Bland de sjukdomar som påverkar grödan finns flera orsakade av virus överförda med olika vektorer (t.ex. protozoer, stritar eller bladlöss). Sjukdomen virusgulsot hos sockerbeta överförs huvudsakligen av persikbladlus och betbladlus, och sjukdomen kan resultera i en skördeförlust på upp till 30%. Sjukdomen är kopplad till flera virus och är därmed komplex. I Europa är dessa virus beet mild yellowing virus (BMYV, milt betvirusgulsot), beet chlorosis virus (BChV), beet yellows virus (BYV, allmän betvirusgulsot) och beet mosaic virus (BtMV, betmosaik). Turnip yellows virus (TuYV, rapsrödsot) har nyligen också setts infektera sockerbeta även om det tidigare inte ansågs vara en virusvärd.

Kemikalier av typen neonikotinoider användes tidigare för kontroll av de bladlusvektorer som överför dessa virus. Användandet av dessa kemikalier är numera begränsat inom EU och alternativa sätt för att hantera virusgulsot behöver utforskas. Ett av de bästa sätten att göra detta är utvecklandet av sorter med hållbar virusresistens.

Vårt fokus var i det här projektet på BMYV eftersom det i Europa såväl som i Sverige är vanligast bland de virus som ingår i virusgulsotkomplexet. För att utveckla sorter med resistens eller tolerans måste kunskap om interaktioner mellan virus och sockerbeta erhållas genom studier. Vi utförde experiment med en resistent genotyp av vildväxande beta och en mottaglig genotyp av sockerbeta, och undersökte responsen på BMYV-infektion med olika molekylära tekniker. Virusmängden kvantifierades vid olika tidpunkter efter inokulering med BMYV. Resultaten visade att virusmängden alltid var lägre i resistenta än i mottagliga plantor. Avsaknaden av symtom och lägre virusmängd visade att den vildväxande betgenotypen var partiellt resistent mot BMYV. Fjorton potentiella kandidatgener identifierades för resistens mot BMYV. Man vet från tidigare studier att dessa gener deltar i växters försvarsrespons mot virus och kan vara involverade i den respons som försvarar växten mot stress orsakad av virusinfektion. De är därför av stort intresse för framtida studier.

Vi identifierade också genomregioner kopplade till mottaglighet och resistens mot BMYV. Sammantaget möjliggjorde studierna identifiering av de vanligaste polerovirus (BMYV, BChV och TuYV) som orsakar virusgulsot i Sverige samt kandidatgener för försvarsrespons och genomregioner för resistens mot BMYV i en vildväxande betgenotyp. Detta bildar en grund för förädlingsprogram där resistenta sockerbetssorter tas fram som kan användas av lantbrukare i sockerbetsodling och begränsa användningen av kemiska insektsmedel.

Läs mer i avhandlingen: Virus yellows of sugar beet – exploring pathogen diversity and host resistance - Groundwork for resistance breeding

Ett byte till en mer växtbaserad diet är ett vanligt förekommande förslag på vad vi kan göra för att motverka klimatförändringar. Det här ”protein skiftet” har lett till ett uppsving i nya vegetariska produkter, såsom texturerat ärtprotein. Det har också ökat intresset för nya proteingrödor, t.ex. bondbönor.

Ytterligare ett fält som utforskats är hur vi bättre kan använda biprodukter från etablerade industrier. Inom växtbiologin gäller det både skördeavfall, så som blad och stam från broccoli som lämnas i fältet, men också rester från industrin som t.ex. frökakan som blir kvar efter att raps pressas för olja. Produktionen av potatisstärkelse har sin egen biprodukt som kan vara av intresse, potatissaft. Potatissaften består huvudsakligen av protein, vatten och glykoalkaloider. Eftersom glykoalkaloider är giftiga så måste proteinet renas ytterligare innan det kan konsumeras av människor.

Ett av de rikligaste proteinerna i potatis knölar är patatin. Patatin har ett mycket högt näringsvärde, och en god förmåga att stabilisera skum. Två egenskaper som gjort att det ofta jämförs med ägg, en produkt som varit särskilt knepig att ersätta i växtbaserad mat. Patatin saknar dessutom smak, till skillnad från liknande produkter baserade på ärtor och bönor. Tyvärr har framställning av patatin visat sig problematiskt eftersom patatinets låga stabilitet gör att det ofta koagulerar och då tappar många av sina goda egenskaper.

Att förädla växter för önskade egenskaper är vanligt förekommande, men korsningar av potatis är mycket ineffektiva. Det finns däremot mycket effektiva bioteknologiska metoder för att uppnå samma resultat. Bland annat har pågående utvecklingar av CRISPR/Cas-baserade metoder givit forskare mer kontroll över vilken typ av ändringar de kan göra i genomet. I den här avhandlingen utforskar jag möjligheten att använda CRISPR/Cas-baserade metoder för att förbättra potatis proteiners egenskaper.

Två kandidater undersöks, patatin vilka diskuterades tidigare, och Pho1a, ett protein som tros vara inblandat i tidig utveckling av stärkelsegranuler. Eftersom patatin är en stor grupp proteiner, gjordes en analys av hur många av dem som kan modifieras i ett svep. Vi såg att några få gener producerar en majoritet av proteinerna, vilket betyder att en stor effekt kan nås genom att fokusera på att modifiera dessa effektiva gener snarare än att försöka träffa allihopa.

Den andra kandidaten som analyserades var Pho1a. För att få en bättre insikt i vilken betydelse Pho1a har i potatis producerades plantor utan Pho1a. Vi såg att dessa potatisar producerade stärkelsegranuler som var små och hade en konstig form. Detta antyder att Pho1a är av stor betydelse för stärkelsegranulernas naturliga utveckling, och att ökad Pho1a aktivitet skulle kunna leda till en boost i deras tidiga utveckling. En egenskap som skulle vara intressant att undersöka vidare i framtiden.

Läs mer i avhandlingen: Gene editing for tuber protein utilization in potato (Solanum tuberosum)

Timotej är en av de viktigaste fodergrödorna i Sverige och i andra länder i norra Europa. Den odlas ofta tillsammans med andra växtarter, t.ex. rödklöver, för bete eller som foder till boskap. Timotej har odlats i Sverige sedan början av 1700-talet. Den tål kalla vintrar och kan växa under några år utan att behöva sås varje år eftersom det är en flerårig gröda. Eftersom fleråriga odlingssystem inte kräver samma omfattning av jordbearbetning som ettåriga odlingssystem kan timotej utöver dess betydelse som fodergröda också gynna miljön genom minskad jorderosionen och förbättrad jordhälsa.

Produktionen av timotej i Sverige och andra nordiska länder begränsas dock av korta växtsäsonger och oförutsägbara förändringar i odlingsförhållanden till följd av klimatförändringarna. För att möjliggöra hög produktion av högkvalitativt timotejfoder måste vi utveckla nya sorter som är anpassade till det föränderliga klimatet. Ett viktigt steg mot utvecklingen av nya sorter är att undersöka mångfalden i egenskaper som påverkar avkastning och kvalitet, såsom växtens olika utvecklingsstadier, och förmågan att bilda olika typer av strån (vegetativa skott, långsträckta icke-blommande och reproduktiva strån) hos timotej och besläktade arter. Vilda populationer av timotej är anpassade till olika livsmiljöer och klimat. De kan uppvisa stor mångfald och olika kombinationer av egenskaper som inte finns hos odlad timotej. De kan användas som donatorer och genetiska resurser av gynnsamma egenskaper och gener för förbättring av timotejsorter.

I denna avhandling har en samling av 246 accessioner av timotej och dess två besläktade arter vildtimotej (Phleum nodosum) och alpintimotej (Phleum alpinum) studerats. Dessa arter har olika geografisk utbredning. I Sverige växer timotej i hela landet, medan vildtimotej har en sydlig utbredning och alpintimotej växer i högfjällsområden i norra Sverige. De studerade accessionerna kommer från olika habitat och platser i norra Europa och inkluderar vilda accessioner från naturliga populationer, “halv-vilda” accessioner insamlade i närheten av odlade fält, lantraser (lokala sorter) samt förädlingslinjer och sorter från förädlingsprogram. En accession kan beskrivas som en samling frön som har insamlats från en specifik plats. Växter från alla accessioner har utvärderats individuellt för produktion av biomassa, längden på olika utvecklingsstadier (från uppkomst till blomning) och produktion av olika typer av strån under växthus- och fältförhållanden. Växthus- och fältförsöken visade att dessa tre arter skiljde sig åt i utveckling, tillväxt och bildandet av vegetativa skott, långsträckta icke-blommande och reproduktiva strån, och att det fanns stora variationer inom varje art.

Intressant nog skiljde sig inte gruppen av sorter och gruppen av vilda accessioner hos timotej åt i biomassaproduktion. De skiljde sig dock åt i utveckling, där sorterna visade en snabbare utveckling och nådde stråskjutning och blomning tidigare än de vilda accessionerna. Detta tyder på att växtförädlingen av timotej har gynnat snabbväxande plantor. Sorterna bildade också en större andel reproduktiva strån, medan de vilda accessionerna hade fler vegetativa skott, som ökade med breddgraden för deras ursprungliga växtplats.

I vildtimotej bildade sorterna den högsta andelen icke-blommande långsträckta strån bland alla accessioner och arter, medan denna typ av strån inte bildades hos alpintimotej. Blad har högre smältbarhet än strå för kor, och om de icke-blommande långsträckta stråna har en högre andel blad jämfört med andra växtdelar, är det möjligt att denna stråtyp kan bidra med ett mer smältbart foder. Vissa vilda accessioner och lantraser visade intressanta kombinationer av egenskaper. Dessa accessioner bör studeras vidare för deras användning som potentiella genetiska resurser. Dessutom kan accessioner av arten vildtimotej som har gynnsamma egenskaper korsas med odlad timotej eller domesticeras vidare för utveckling av ett nytt fodergräs.

Trettiotre av accessionerna från de tre arterna studerades vidare genom helgenom-resekvensering för att undersöka hur domesticeringsprocessen och växtförädlingen har påverkat arternas genom. Ett annorlunda mönster av genetisk mångfald hittades i timotej och vildtimotej jämfört med alpintimotej, vilket visar större genetisk likhet inom alpintimotej. Detta tyder på att denna art har ett annorlunda reproduktionssystem med högre grad av självpollinering. Dessutom hittades ingen tydlig genetisk differentiering mellan odlade och vilda accessioner i både timotej och vildtimotej. Stor differentiering upptäcktes dock i vissa genomiska regioner, vilket tyder på att dessa regioner har varit påverkade av urval under domesticeringen och växtförädlingen.

Dessa genomiska regioner är associerade med olika biologiska processer såsom syntes av lignin. Ligninproduktionen ökar i gräsets stjälkar och blad under tillväxten och minskar fodrets smältbarhet och kvalitet. Andra genomiska regioner var associerade med metabolism, signalering och respons på abiotisk stress som sannolikt påverkar arternas anpassning. Den identifierade fenotypiska och genetiska mångfalden, liksom de identifierade accessionerna med olika kombinationer av egenskaper är viktiga resurser för vidare studier i växthus och i fält, och för utveckling av genomik-baserade metoder i timotejförädlingen.

Läs mer i avhandlingen: Phenotypic and genetic diversity in wild and domesticated timothy and related Phleum species

Den stigande efterfrågan på ökad avkastning hos grödor på grund av klimatförändringar samt ekonomiska faktorer sätter en större press på utvecklingen av nya sorter genom växtförädling. Sett till odlingsareal är vall den mest odlande gröda i Norden och är viktig för mjölk- och köttindustrin samt för det ekologiska jordbruket. Vall är en blandning av gräs och baljväxter som ligger över flera år och skördas flera gånger per säsong.

Rödklöver är en av de mest odlade vallbaljväxterna och har en hög proteinhalt. Proteinhalten är beroende av mängden tillgängligt kväve och rödklövern har ett samarbete med bakterier i jorden vilka binder atmosfäriskt kväve i jorden så det kan tas upp av växter. Rödklöver står inför många utmaningar när efterfrågan på högre avkastning samt högre foderkvalitet begränsas av ökat tryck från nya sjukdomar och stressfaktorer på grund av klimatförändringarna.

För att möta den efterfrågade avkastningen behöver rödklöverförädlingen effektiviseras genom att öka den genetiska vinsten. Genetisk vinst är den förbättring av förädlingsmaterial över generationer som kan anknytas till genetik. Växtförädlingens mål är att öka den genetiska vinsten genom att optimera fyra faktorer, genetisk variation, precision, intensitet, samt tid.

Genetisk variation beskriver de tillgängliga genetiska resurserna hos de populationerna som används i förädlingen. Precision och intensitet syftar på hur väl förädlaren väljer sina föräldrar baserat på genetik framför miljöeffekter och hur många föräldrar som väljs. Tid syftar på hur lång tid en förädlingscykel tar, alltså tiden från korsningen av föräldrar till en ny sort eller nya föräldrar kandidater. Syftet i denna avhandling var att studera den genetiska variationen hos rödklöver från Norden och utformat statistiska modeller för att förutse prestationsförmågan av rödklöverpopulationer baserat på deras genetik. Implementeringen av prediktionsmodeller baserat på genetik kallas genomisk selektion och kan öka precisionen samt förkorta tiden för en förädlingscykel.

Studierna av den genetiska variationen hos rödklöver från Norden inkluderade vild klöver, lantraser, gamla sorter och de sorter som används för förädling idag. Resultaten visade att förädling idag inte utnyttjar all tillgänglig variation. Populationer av rödklöver som skulle kunna användas i rödklöver förädling för att snabbare nå avkastningsmålen identifierades. Dessa populationer var samlingar av vilt material och lantraser.

Rödklövern delas upp i olika förädlingsprogram beroende på när den blommar. Anledningen till att dela upp rödklöver efter mognad (sen, medel-sen) är på grund av hur reaktiv rödklövern är på miljön. För att ha lyckade fältförsök måste rödklövern odlas i miljöer som passar dess mognadsgrad. Tetraploid rödklöver är inte lika känslig och kan odlas på fler platser. Fältförsök utfördes på två platser med sen rödklöver, två platser med medel-sen rödklöver och tre platser med tetraploid rödklöver, från vilket värden på torrsubstans och foderkvalitet analyserades.

Genomisk data samlades från alla populationer med utvalda DNA-markörer. Informationen om genotyp (hur de ser ut genetiskt) och fenotyp (hur de uttrycker egenskaper) användes för att skapa och evaluera genomiska prediktionsmodeller. De genomiska prediktionsmodellerna undersöktes med både enskilda egenskaper samt flera egenskaper samtidigt för att se hur genetiken hos rödklöver bäst kan matematiskt beskrivas. Resultaten visade att trots att precisionen var högst för modeller som använde sig av enstaka egenskaper så visade de partiskhet. Partiskhet kan bero på att modellen misslyckas med att beskriva viktiga genetiska effekter som i sin tur under- eller överskattar en rödklöveraccessions prestation. I modellen antas relationen mellan genotyp och fenotyp vara linjär, alltså att de två generna från mor och far påverkar fenotypen till samma grad. Om en gen har starkare effekt på fenotypen blir sambandet icke-linjärt och prediktionen av GP modellen kan då över- eller underskatta utkomsten. Genom att introducera fler egenskaper vilka är genetisk korrelerade kan dessa icke-linjära samband bättre förklaras av modellen.

Såldes, visar denna avhandling viktiga aspekter för ökad effektivisering i växtförädling så som nya källor till genetisk variation samt pekar ut potentiella fallgropar för genomisk prediktion. Appliceringen av dessa resultat kan effektivisera rödklöverförädlingen därmed möta de nuvarande och framtida utmaningarna vad gäller avkastning och foderkvalitet snabbare.

Läs mer i avhandlingen: Advancing red clover breeding through genomic selection methods

Timotej (Phleum pratense) är ett viktigt vallgräs som odlas för bete, ensilage och hö. Det odlas ofta i blandade bestånd med baljväxter, inklusive klöver och lusern. Med den globala uppvärmningen förändras klimatmönstren över hela världen, vilket leder till intensiva regn och längre perioder av torka. Det är mycket negativt för jordbrukets produktivitet och orsakar betydande ekonomiska förluster för jordbrukarna. Därför är det viktigt att förstå hur timotej reagerar på miljöfaktorer som torka och vattenmättnad (översvämning).

För den här studien valdes totalt 244 vilda och domesticerade exemplar av timotej och två närbesläktade arter, vildtimotej (P. nodosum) och fjälltimotej (P. alpinum) från olika europeiska länder. Utvecklingsstadiet, höjden på plantorna och biomassan för dessa sorter utvärderades både i fält och i växthus. Resultaten visade att vilda accessioner och sorter av timotej inte skiljde sig åt i biomassa, men de skiljde sig åt i blomningstid. Samma mönster upptäcktes hos vildtimotej. Baserat på dessa resultat valde vi ut 19 vilda accessioner och kultivarer av de tre Phleum-arterna som representerade diversiteten i vår samling. Dessa utvalda accessioner utsattes för vattenmättnad och torka i ett växthus och vi studerade deras fysiologiska respons.

Från växthusstudierna valde vi sedan ut åtta accessioner för att mer i detalj studera deras fysiologiska respons och respons i gen-uttryck på abiotisk stress i blad och rötter. Växter kan inte förflytta sig från stress eftersom de växer på en bestämd plats. Därför använder de olika fysiologiska och genetiska mekanismer för att anpassa sig till stress. Vattenmättnad leder till syrebrist och orsakar syrebrist i rötterna. Intressant nog fann vi att de tre Phleum-arterna som utsattes för vattenmättnad hade liknande torrvikter på skotten som sina respektive kontroll-plantor. På grund av ackumuleringen av etylen reagerade växterna på vattenmättnaden genom att bilda mera adventivrötter som växer från kronan och i de rötterna bildade de även luftfyllda hålrum som kallas aerenkym. Adventivrötter och aerenkym underlättar diffusionen av syre in i rötterna och diffusionen av koldioxid och giftiga flyktiga ämnen ut från rötterna. De flesta accessionerna uppvisade en minskning av rotsystemet.

Vissa sorter kunde dock bibehålla rottillväxten, vilket tyder på att de kan vara mer toleranta. Ett starkt rotsystem är avgörande för att uppnå hög avkastning. Därför skulle aerenkym och ett längre rotsystem kunna användas som urvalskriterier för vattenmättnadstoleranta sorter. Torka begränsar upptaget av vatten och näringsämnen, vilket är mycket negativt för växters tillväxt. Som svar på torkan ökade Phleum-arterna storleken på sina rotsystem samtidigt som skott-tillväxten minskade. Det större rotsystemet gör att växten kan utforska jorden mer effektivt i sökandet av vatten och näringsämnen. Produktion och ackumulering av metaboliter, aminosyror, hormoner och andra föreningar stimulerades också av torka. Till exempel producerar två timotej-accessioner och en vildtimotej-accession prolin, en aminosyra som hjälper till att skydda växter mot osmotisk torka och oxidativa skador. Däremot verkar fjälltimotej producera två polyaminer, putrescin och spermidin, som är involverade i torktolerans, snarare än prolin. Efter torkperioden gavs vatten till växterna igen för att studera hur de reagerade på god tillgång på vatten. Både timotej och vildtimotej är känsliga för torka, men de reagerade på återvattning genom att producera fler strån och blad.

För förädlingsändamål kan egenskaper som ökad rot-volym, förmåga att bibehålla turgor och tillväxthastighet, samt snabb återhämtning användas för att välja ut material. De många vilda accessionerna och de gamla och nya sorterna som användes i dessa studier visade att det finns en stor diversitet i anpassning till vattenmättnad och torka. Diversiteten i hur de växer och i deras transkriptom och metaboliter visar att de har egenskaper som gör dem intressanta för vidare användning.

Detta är möjligen en av de första rapporterna om reaktioner på torka och vattenmättnad på transkriptions-nivå hos Phleum-arter. Dessa resultat ger värdefull information för förädling av timotej. Dessutom representerar denna studie en banbrytande insats för att klargöra transkriptions-svaren hos alpin timotej och vildtimotej på stress, vilket ger ett betydande bidrag till vår förståelse av Phleum-arternas anpassningsmekanismer.

Läs mer i avhandlingen: Responses to waterlogging and drought of timothy and related Phleum species: phenotype and transcriptome diversity

Aphanomyces rotröta (ARR) på ärter orsakas av algsvampen Aphanomyces euteiches Drechs. Algsvampar liknar svampar i sin tillväxt och morfologi men är närmare besläktade med alger. Den första rapporten om A. euteiches som en patogen på ärter är från 1925. Patogenen har sedan dess blivit ett stort problem i alla regioner med tempererat klimat där ärter odlas. Angripna växter uppvisar typiska symptom på rotröta, såsom bruna och vattensjuka sår och en allmän minskning av rotvolymen.

Det finns få metoder att bekämpa sjukdomen, och många kommersiella fungicider har inte någon effekt på patogenen. Dessutom producerar A. euteiches tjockväggiga oosporer som kan finnas kvar i jorden under långa perioder. En varierad växtföljd och att undvika odling av ärt på fält med högt inokulum av A. euteiches i jorden är för närvarande de mest effektiva åtgärderna mot sjukdomen.

Att använda sjukdomsresistenta sorter skulle vara det ekonomiskt och miljömässigt mest fördelaktiga sättet att minska skördeförluster orsakade av ARR. För närvarande finns det dock ingen kommersiell ärtsort tillgänglig med full resistens mot ARR, men flera genotyper bär på partiell resistens och används för närvarande i en del förädlingsprogram.

Det är känt att resistens mot ARR är kopplad till andra, ogynnsamma egenskaper. Ett exempel på en ärtgenotyp med partiell resistens mot ARR är den gamla tyska landrasen PI180693. Den bär på partiell resistens mot A. euteiches men också oönskade egenskaper som långa internoder, släta frön, mörka frön och en stärkelserik smak. Genotypen används för närvarande i svenska ärtförädlingsprogram och har korsats med den kommersiella ärtsorten Linnea. Linnea är en sort som har många önskvärda egenskaper såsom skrynkliga frön, en söt smak, en normal tillväxtlängd men är också mycket mottaglig för ARR.

Klassiska förädlingsprogram fokuserar på korsningar mellan de två genotyperna och kan dra nytta av tillgängliga genetiska markörer som möjliggör för snabbare identifiering av önskvärda egenskaper i ett tidigt tillväxtstadium. I denna avhandling bekräftade jag värdet av den partiella resistensen från PI180693 i tillväxtkammare, växthus och fältförsök och fann hur korsningar med den kommersiella sorten Linnea uppvisade högre nivåer av resistens mot ARR än deras mottagliga förälder.

Kontrollerade infektioner av Linnea och PI180693 med A. euteiches, följt av en genuttrycksanalys, avslöjade ett mycket olika immunsvar hos ärtgenotyperna. Immunsvaren var både genotyp- och tidsberoende. Genom att studera uttrycket av gener i områden i ärtgenomet som associerar till resistens mot ARR kunde vi identifiera 39 kandidatgener för sjukdomsresistens som kan användas för utveckling av genetiska markörer i framtida förädlingsprogram.

För att ytterligare stödja förädling för ARR-resistens behövs mer detaljerad kunskap om patogenens diversitet och populationsstruktur i olika regioner. Avhandlingsarbetet inkluderar därför genetiska analyser av en samling av europeiska A. euteiches från sex olika länder, som sträcker sig från norr till söder. Tre genetiskt differentierade grupper identifierades: en centraleuropeisk, en nordostlig och en genetiskt mycket distinkt grupp i söder. Vi fann tecken på genetisk rekombination i den mestadels klonalt reproducerande patogenen, liksom bevis för förflyttning av enskilda A. euteiches individer mellan länder. Den södra gruppen som var genetiskt skild från de övriga två grupperna och skilde sig också åt i oosporstorlek och virulens på ärt – de här tre observationerna är möjliga indikationer för att den södra gruppen bör betraktas som en separat Aphanomyces art.

Avhandlingens resultat bidrar till framtida förädlingsprogram med en bättre förståelse av genetiken bakom ARR och nya insikter om genetisk diversitet, populationsstruktur och virulens hos europeiska A. euteiches-isolat.

Läs mer i avhandlingen: Aphanomyces root rot in pea - Genomic insights into pathogen diversity and disease resistance

Har du någonsin undrat om den där grodda potatisen i ditt kök är säker att äta? Det verkar som att så kanske inte är fallet. Grodd potatis kan ackumulera glykoalkaloider, naturliga gifter som finns i familjen Solanaceae, där även tomat ingår. Att konsumera för mycket glykoalkaloider kan leda till obehagliga symtom som spänner från magbesvär till mer allvarliga problem som huvudvärk och förvirring.

Medan glykoalkaloidhalten i matpotatissorter har fått stor uppmärksamhet på grund av hänsyn till livsmedelssäkerhet, har glykoalkaloider i stärkelsepotatissorter undersökts mindre. Den totala produktionen av stärkelsepotatis, i Sverige, uppskattas till 336 200 ton år 2020 med en ökande trend av den totala produktionen de senaste fem åren. Men bearbetningen av stärkelsepotatis genererar betydande biprodukter, såsom potatisfruktjuice och fruktkött, ofta förpassat till djurfoder eller avfall av lågt värde. Utmaningen för att omvandla biprodukterna till ekonomiskt värdefulla produkter, t.ex. livsmedelsklassade proteiner och fibrer, är att ta bort de ackumulerade glykoalkaloiderna i biprodukterna samtidigt som man extraherar proteiner och fibre, vilket är komplext och kostsamt.

I denna avhandling undersökte jag skillnaden mellan glykoalkaloidmetabolism hos vanligt förekommande potatissorter i Sverige som matpotatissorter, jämfört med sorter som är odlade för stärkelse. Jag erhöll också glykoalkaloidfri stärkelsepotatis med det moderna växtförädlings verktyget CRISPR/Cas9. Dessa glykoalkaloidfria 
stärkelsepotatisar kommer att erbjuda ett nytt tillvägagångssätt för produktion av livsmedelsklassat potatisprotein och fiberprodukter från industriella biprodukter. Förutom att säkerställa en säkrare potatiskonsumtion, förvandlar denna innovation sidoströmmar till värdefulla resurser, i linje med den globala förändringen mot hållbarhet och miljömedvetna metoder.

Läs mer i avhandlingen: Modulation of the glycoalkaloid biosynthesis pathway in potato (Solanum tuberosum L.) and development of CRISPR/Cas9 methodology for tomato (Solanum lycopesicum L.)

I Europa, inklusive Sverige, är vete en betydande gröda och majoriteten av Sveriges vete odlas som höstvete. Men det finns ett problem - svampsjukdomar kan skada vetet och orsaka stora förluster i avkastning. Jämfört med andra grödor tar det lång tid att förädla fram höstvete eftersom det växer långsamt i de kalla vintertemperaturerna. Att få fart på saker och ting och hitta veteplantor som kan stå emot sjukdomar. För att spara tid och pengar för förädlarna skapade vi nya metoder för att hjälpa till att tidigt identifiera växter att bli av med tidigt i förädlingsprocessen som och behålla de som är resistenta mot sjukdomar.

Vi fokuserade på två sjukdomar som till stor del skadar veteproduktionen: axfusarios Fusarium huvudbryst (FHB) och Septoria tritici fläck (STB). FHB gör att vetet producerar mindre, sänker kvaliteten på spannmålen och skapar gifter som kan vara farliga om människor eller djur äter dem. Jordbrukare spenderar stora summor pengar på fungicider för att bekämpa STB med kemikalier, vilket kan vara ett miljöproblem.

För att tackla dessa utmaningar gjorde vi en speciell förädlingsavelsplan som heter Speed breeding (SB) för höstvete som. Vi testade denna plan på hundratals avelslinjer för av höstvete. Med SB växte vete 30-50% snabbare i växthus jämfört med de traditionella sätten, och plantorna förblev friska. Denna tidsbesparing låter oss studera tre generationer vete för FHB-resistens på bara ett år. Vi utvecklade också genetiska markörer för förädling för FHB-sjukdomsresistens. Dessa markörer som fungerar bra i visar att SB fungerar bra för avel för FHB-resistens. För att göra det lättare att kontrollera FHB utvecklade vi nya tekniker för att se hur allvarlig sjukdomen är på infekterade frön. Till det använde vi en RGB-kamera och en teknik som kan läsa och fånga egenskaperna hos de infekterade fröna med FHB.

Till skillnad från FHB som kräver att plantan är fullvuxen för att kunna studeras, studerade vi STB-resistens när vete var mycket yngre. På så sätt kan vi påskynda förädlingsprocessen och ta reda på vilka gener som bidrar tillgör den stark resistens mot sjukdomen och. Vi hittade genetiska markörer som hjälper vetet att motstå STB under hela dess liv. Vi kollade också om ett mikroorganismmedel kunde hjälpa vetet att motstå STB. Även om vi endast studerade interaktionen mellan mikroorganismen och vete under kontrollerade förhållanden, om det fungerar under fältförhållanden, kommer det att visa sig vara en alternativ strategi för sjukdomsbekämpning och vara bättre för miljön.

Vi tog alla dessa idéer och använde dem i växtförädlingsavelsindustrin. Växtförädlare kan nu använda våra nya förädlingsmetoder och göra vetesorter som är starka mer resistenta mot sjukdomar. Detta kommer att hjälpa bönder att odla vetet på ett mer växande hållbart sätt, säkerställa att vi har tillräckligt med mat och undvika problem när sjukdomar slår till.

Läs mer i avhandlingen: Novel methods for disease resistance breeding in winter wheat

Fenotypning, processen att mäta växters fysiska och biokemiska egenskaper, har blivit allt viktigare inom växtförädling och jordbruksforskning. Traditionella fenotypningsmetoder kan innebära dyra och tidskrävande procedurer men de senaste framstegen inom digital bildteknik har gjort det möjligt att genomföra kostnadseffektiv fenotypering med hjälp av RGB (röd, grön och blå) bildtagning.

Inom RGB-bildtagning används en vanlig kamera för att ta bilder av växter och extrahera data för egenskaper som bladyta, form och färg. Bilderna analyseras sedan med hjälp av datorseendealgoritmer för att få kvantitativa mätningar som kan användas för att identifiera önskvärda egenskaper och välja växtvarianter som är toleranta mot abiotiska och biotiska stressfaktorer.

En fördel med RGB-bildtagning är dess prisvärdhet jämfört med andra fenotypningsmetoder: den kräver endast en vanlig kamera och grundläggande bildanalysprogram, vilket gör den tillgänglig för forskare med begränsade resurser.

Arbetet i denna avhandling inleddes med att utveckla ett prisvärt bildsystem för att samla in bilddata med bildsensorer som RGB, termisk, MSI och HSI-kameror för att ge en omfattande förståelse av växternas hälsa och prestanda.

Artikel I presenterar en översikt av detta system och en pipeline för att analysera RGB- och termiska bilder. Detta kan underlätta för forskare som är intresserade av kostnadseffektiv övervakning av växters tillväxt och komplexa egenskaper som torktolerans, sjukdomsresistens och näringsanvändningseffektivitet.

Artikel III visar att prisvärd fenotypning baserad på RGB-bildtagning även kan hjälpa till att förbättra grödans avkastning och kvalitet då den framgångsrikt användes i kombination med analys av glutenparametrar för att identifiera vete-genotyper som bibehåller stabil glutenproduktion när de utsätts för abiotiska stressfaktorer som värme och torka.

Slutligen användes bildbaserad utvärdering av morfologiska parametrar för att förutsäga angrepp av svampsjukdomen Fusarium head blight (FHB) i vetekärnor och för att mäta kvalitetsparametrar i potatisknölar (artikel II och VI). Den morfologiska datan användes för att bygga en träningsmodell för att uppskatta sjukdomssymptom för potatisskabb (CS) i potatisknölar (artikel IV). Modellen är högst användbar då den möjliggör utvärdering av symptomen för potatisskabb utan subjektivitet eller behov av expertis inom området.

De metoder som presenteras här kan revolutionera växtförädling och jordbruksforskning genom att tillhandahålla snabb, noggrann och kostnadseffektiv data om växtegenskaper som är kritiska för framtida odlingsmöjligheter.

Läs mer i avhandlingen: Developing affordable high-throughput plant phenotyping methods for breeding of cereals and tuber crops

Vete är ett av de viktigaste livsmedlen för 2,5 miljarder människor i 89 länder runt om i världen. I Sverige är veteprodukter en del av vår dagliga kost och en dag utan vete är nästintill omöjlig att föreställa sig för de allra flesta. Den senaste tidens extrema väderhändelser, som den svåra värmen och torkan 2018, har påverkat veteskörden och proteinkvaliteten negativt i Sverige och världen över. Det framtida klimatet förväntas bli än mer extremt vilket kommer att påverka både skörden av och kvaliteten på vete allvarligt.

För att säkerställa en fortsatt hög tillgång på vete behöver vi vetesorter som kan ge goda skördar med hög kvalitet även under varierande och extrema odlingsförhållanden. För att kunna utveckla nya vetesorter krävs en förståelse för hur klimatförändringarna påverkar dessa egenskaper. Vi har också ett stort behov av snabba och kostnadseffektiva sätt att utvärdera och screena för avkastning och kvalitet.

I denna studie studerade vi avkastning, mjöl-egenskaper, degblandningsförmåga och brödkvalitet hos vårvete som odlats i olika klimat, både på fält och i växthus. Vi använde olika tekniker, såsom RGB bilder, för att analysera växtbiomassan och utvärdera avkastningen. För att analysera proteinkvalitet använde vi kromatografi (size exclusion-high performance liquid chromatography, SE-HPLC), mass spectrometri (LC-MS/MS), infraröd spectroskopi (NIR), ”swelling index of glutenin” (SIG) och ”solvent retention capacity” (SRC). Vi använde en mixograf för att studera degens blandningskvalitet. Dessutom bakade vi bröd på vetet som odlats i olika miljöer och mätte brödets volym.

Vi upptäckte lägre skörd och biomassa i vetet som odlats under extremvärme och torka. Svår värme och torka ökade dessutom glutenhalten men minskade proteinkoncentrationen i mjölet som kom från vetet som odlats på fält. Vetet som odlats i växthus visade däremot både högre glutenhalt och ökad proteinkoncentration i när det utsatts för värme och torka. Den optimala tiden för degblandning var en av de egenskaper som inte påverkades av de varierande klimatförhållandena. Vi rekommenderar att använda degblandningstid, tillsammans med glutenhalt och proteinkoncentration vid urval av lämpliga vetesorter för förädlingsprojekten. En tydlig fördel med de metoder som användes i vår studie (SE-HPLC, SIG och SRC tester) är att de endast kräver mycket små mängder mjöl (16 mg-1 g) i jämförelse med de industriella mjöl- och degblandningstesterna, såsom farinograf- och extensograftester, som kräver en betydligt större mängd mjöl. Därför skulle SE-HPLC, SIG och SRC kunna användas som alternativa tester till farinograf- och extensograftesterna för utvärdering av vetekvalitet av både förädlings- och kvarnföretag.

Fenotypningsresultaten indikerade att RGB-kameror och bildanalys kan vara användbara verktyg för att utvärdera avkastning hos vete. I avhandlingen kan den nya informationen vi har tillhandahållit om klimatförändringens effekter på vete och informationen om kombinationen av olika tekniker för att mäta avkastning och kvalitet på vete, hjälpa förädlare att utveckla nya sorter och kvarnmästare att utvärdera vetets kvalitet till en minskad ekonomisk och tidsmässig kostnad.

Läs mer i avhandlingen: Wheat quality under a climate spell - A focus on protein, physico-chemical and growth characteristics evaluated using innovatively combined approaches

De flesta människor har förmodligen sin egen ide om hur ett perfekt äpple ska vara. En del av oss kan till och med identifiera ett par äppelsorter vid namn och har personliga favoriter bland de sorter vi smakat. Man kan ställa sig frågan om vi egentligen behöver växtförädling för att ta fram nya äppelsorter, när det redan finns så många olika välsmakande äpplen?

Trots att det finns ett mycket stort antal äppelsorter att tillgå är det endast ett fåtal av dessa som det är ekonomiskt lönsamt att odla kommersiellt. Kommersiella äppelodlare kämpar dagligen med odlingstekniska utmaningar. Med den globala uppvärmningen och nya odlingsmetoder kommer också nya problem. Syftet med växtförädling är att utveckla nya sorter som är bättre anpassade till dagens och framtidens odlingsförhållanden, och på så sätt göra livet lite lättare för äppelodlarna och bidra till en förbättrad lönsamhet i deras verksamhet. Växtförädling kan bidra med t.ex. förbättrad motståndskraft mot olika sjukdomar, vilket kan minska behovet av kemisk bekämpning om sådan finns tillgänglig, och bättre anpassning till dagens eller framtidens klimat i ett visst område.

Sverige utgör geografiskt en del av den skandinaviska halvön i norra Europa, vilket innebär specifika utmaningar för landets äppelodlare som t.ex. en relativt kort odlingssäsong. Det svala och fuktiga klimatet är dessutom gynnsamt för en allvarlig växtsjukdom känd som fruktträdskräfta. Fruktträdskräfta orsakar stora förluster för odlare genom att strypa näringstransporten mellan rötterna och enskilda grenar eller hela trädet, beroende på var infektionen sitter. Med den pågående globala 
uppvärmningen förväntas knoppsprickning och blomning att ske tidigare på året, vilket kan leda till en ökad risk för att sen nattfrost ska infalla under blomning. Frost i blomning är redan i dag ett alvarligt problem som kan fördärva skörden för hela odlingar.

Mot bakgrund av de speciella utmaningar som landets äppelodlare möter har Sverige ett dedikerat inhemskt växtförädlingsprogram på äpple sedan 40-talet, som har som mål att förse svenska odlare med nya äpplesorter som bättre hanterar landets specifika utmaningar. Målet med den här avhandlingen har varit att etablera den infrastruktur som krävs för att utnyttja den tekniska utveckling som skett inom växtförädlingen det senast årtiondet, så att det svenska växtförädlingsprogrammet på äpple kan fortsätta sitt viktiga arbete med ökad effektivitet.

Arbetet i den här avhandlingen började med en undersökning av de tillgängliga genetiska resurserna (Paper I) och ett bidrag till den tekniska verktygslådan för växtförädling och forskning på äpple (Paper II). Informationen från dessa två studier användes sedan till att identifiera områden i äpplets arvsmassa som bidrar till ökat motståndskraft mot fruktträdskräfta (Paper III & IV). Tidigare studier har identifierat områden i arvsmassan som påverkar datum för blomning och skördemognad av frukt, och effekten av dessa regioner undersöktes under nordiska förhållanden (Paper V). Datumet för senescens av bladverket visade sig vara korrelerat med hur lång norrut en äpplesort kan odlas, vilket är ett första steg på vägen mot en ökad förståelse av hur anpassning till mellersta och norra Sverige styrs genetiskt (Paper VI). Till sist illustreras hur den samlade informationen kan användas inom växtförädlingen för att identifiera intressanta korsningar för vidare sortutveckling och forskning.

Läs mer i avhandlingen: Apple genomics for the Swedish breeding programme