Zurich-Reckenholz, Switzerland
November 5, 2024
Agroscope is launching a field trial with winter wheat bred using a new method. Researchers are hoping to find new disease resistances that are useful for further breeding. The Federal Office for the Environment has given the go-ahead for the trial, for which approval is compulsory.
Plant breeding uses the natural genetic diversity within a plant species or in closely related species to breed improved varieties. The aim is to find new and useful qualities for the cultivation and processing sectors as well as consumers. For decades, conventional breeding has used mutagenesis for this (see below for details).
New method is a Swiss innovation
For this project, Agroscope used the new ‘TEgenesis’ mutagenesis method with the old Swiss winter-wheat variety ‘Arina’. The method was developed at the University of Basel to speed up the natural adaptation process of plants. With TEgenesis, no foreign DNA from other organisms is added. The plants are treated with two substances and simultaneously subjected to stress, causing so-called transposons to become mobile. Transposons are DNA sequences that change their location within and/or add copies of themselves to the genome. As a result, new desirable qualities can be created, or undesirable ones can be eliminated.
Wanted: natural defence mechanisms under field conditions
In TEgenesis wheat, researchers are looking for disease resistances that previously lay dormant in the genome. There is a particular focus on natural defence mechanisms against major fungal diseases such as Septoria, yellow rust, leaf rust and powdery mildew. Plants with increased resistance to mildew have already been identified in the greenhouse. Because such resistances seldom arise, however, researchers need to study a great many plants under conditions that are as natural as possible in field trials.
First field trial approved
All mutations caused by TEgenesis could also occur in nature, as they are triggered by a process inherent to the plant. Because the breeding method is new, however, the Swiss Federal Office for the Environment (FOEN) has classified plants created with TEgenesis as genetically modified organisms (GMOs). In order to conduct field trials despite this, Agroscope submitted the relevant release application to the FOEN, which has now been approved. The winter wheat will be sown on the Protected Site in Zurich-Reckenholz as soon as possible. The trial will run for a maximum of five years.
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‘TEgenesis’ – A New Mutagenesis Method
The word ‘mutagenesis’ describes processes in which the DNA of a plant is altered without introducing additional genes. This occurs, for example, as a result of intensive UV radiation, radioactive radiation or exposure to certain chemical substances. Mutagenesis happens in nature due to stressors such as heat or drought. Transposons play a key role in this process. Nearly all living creatures have one or more transposons in their DNA. In wheat, they account for over 85% of the DNA. Normally, however, they are not very active. TEgenesis causes this blocade to be lifted briefly. The transposons become mobile and help the plant adapt to stress. Because it involves the activation of a natural mechanism in the plant, this gentle type of mutagenesis leads to fewer changes in the DNA than previous mutagenesis methods.
Wheat from an EU research project
The wheat used for the field trial was bred in an EU-funded research project at Agroscope. The head researcher is also the founder of epibreed, the company holding the exclusive patent rights for TEgenesis. However, the company is not involved in the trial and in fact ceased operations at the start of 2021. Since we are dealing with a research project here, the technique may be used freely by Agroscope (research privilege).
For further, more detailed information, see links below.
Weizen aus neuem Züchtungsverfahren: Agroscope sucht in Feldversuch nach Pilzresistenzen
Agroscope startet einen Feldversuch mit Winterweizen, der mit einem neuen Verfahren gezüchtet wurde. Die Forschenden wollen neue Krankheitsresistenzen finden, die nutzbringend für die weitere Züchtung sind. Das Bundesamt für Umwelt hat grünes Licht für den bewilligungspflichtigen Versuch gegeben.
In der Pflanzenzüchtung wird die natürliche genetische Vielfalt innerhalb einer Pflanzenart oder in nah verwandten Arten genutzt, um bessere Sorten zu züchten. Das Ziel: neue, nützliche Eigenschaften für Anbau, Verarbeitung und Konsumentinnen und Konsumenten finden. In der klassischen Züchtung wird dafür seit Jahrzehnten die Mutagenese benutzt (Details siehe unten).
Neues Verfahren ist eine Schweizer Innovation
Für dieses Projekt hat Agroscope das neue Mutageneseverfahren «TEgenesis» bei der alten Schweizer Winterweizensorte «Arina» angewendet. Es wurde an der Uni Basel entwickelt, um den natürlichen Anpassungsprozess von Pflanzen zu beschleunigen. Bei TEgenesis wird kein fremdes Erbgut von anderen Organismen eingefügt. Die Pflanzen werden mit zwei Substanzen behandelt und gleichzeitig Stress ausgesetzt. So werden sogenannte Transposons mobil. Das sind Erbgut-Sequenzen, die ihren Standort innerhalb des Genoms wechseln und/oder Kopien von sich darin einfügen. Als Folge davon können neue gewünschte Eigenschaften entstehen oder unerwünschte eliminiert werden.
Gesucht: Natürliche Abwehrmechanismen unter Feldbedingungen
Im TEgenesis-Weizen suchen die Forschenden nach Krankheitsresistenzen, die bisher im Erbgut schlummerten. Speziell im Fokus stehen natürliche Abwehrmechanismen gegen wichtige Pilzkrankheiten wie Septoria, Gelbrost, Braunrost und Mehltau. Im Gewächshaus wurden bereits Pflanzen mit erhöhter Mehltauresistenz gefunden. Da solche Resistenzen allerdings selten auftreten, müssen die Forschenden in Feldversuchen sehr viele Pflanzen möglichst unter natürlichen Bedingungen untersuchen.
Erster Feldversuch bewilligt
Alle Mutationen, die mit TEgenesis verursacht werden, könnten auch in der Natur vorkommen, da sie durch einen pflanzeneigenen Vorgang hervorgerufen werden. Weil die Zuchtmethode allerdings neu ist, hat das Bundesamt für Umwelt (BAFU) Pflanzen, die mit TEgenesis entstanden sind, als gentechnisch veränderte Organismen (GVO) eingestuft. Um dennoch Feldversuche durchführen zu können, reichte Agroscope ein entsprechendes Freisetzungsgesuch beim BAFU ein, das nun bewilligt wurde. Der Winterweizen wird sobald wie möglich auf der Protected Site in Zürich-Reckenholz ausgesät. Der Versuch dauert maximal fünf Jahre.
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Neues Mutageneseverfahren «TEgenesis»
Als Mutagenese bezeichnet man Vorgänge, bei denen das Erbgut einer Pflanze verändert wird ohne zusätzliche Gene einzuführen. Dies geschieht beispielsweise durch intensive UV-Bestrahlung, radioaktive Bestrahlung oder bestimmte chemische Stoffe. In der Natur geschieht Mutagenese durch Stress wie Hitze oder Dürre. Transposons spielen in diesem Prozesse eine zentrale Rolle. Fast alle Lebewesen haben eines oder mehrere Transposons in ihrem Erbgut. Beim Weizen machen sie über 85% des Erbguts aus. Normalerweise sind sie aber nicht sehr aktiv. Durch TEgenesis wird diese Blockade für eine kurze Zeit aufgehoben. Die Transposons werden mobil und helfen der Pflanze, sich an Stress anzupassen. Diese sanfte Art der Mutagenese führt zu geringeren Veränderungen in der DNA als bisherige Mutageneseverfahren, da ein natürlicher Mechanismus in der Pflanze aktiviert wird.
Weizen aus einem EU-Forschungsprojekt
Der für den Feldversuch verwendete Weizen wurde in einem EU-finanzierten Forschungsprojekt bei Agroscope gezüchtet. Der leitende Forscher hat auch die Firma «epibreed» gegründet, welche die exklusiven Patentrechte für TEgenesis hält. Die Firma ist allerdings nicht am Versuch beteiligt und seit Anfang 2021 nicht mehr operativ. Da es sich um ein Forschungsprojekt handelt, ist die Methode für Agroscope frei einsetzbar (Forschungsprivileg).
Weitere, detailliertere Informationen siehe in den Links unten.
Blé issu d'une nouvelle méthode de sélection: Agroscope à la recherche de résistances fongiques dans le cadre d'un essai en plein champ
Agroscope lance un essai en plein champ avec du blé d'automne sélectionné selon une nouvelle méthode. Les chercheuses et chercheurs entendent trouver de nouvelles résistances aux maladies, qui seront utiles pour la suite de la sélection. L'Office fédéral de l'environnement a donné son feu vert à cet essai soumis à autorisation.
Dans le domaine de la sélection végétale, la diversité génétique naturelle au sein d'une espèce végétale ou d'espèces apparentées est utilisée pour créer des variétés plus adaptées. L'objectif consiste à trouver de nouvelles propriétés utiles pour la culture, la transformation ou la consommation. Dans la sélection classique, on utilise à cet effet, depuis des décennies, la mutagénèse (voir détails ci-dessous).
Une innovation suisse
Pour ce projet, Agroscope a appliqué, sur l'ancienne variété suisse de blé d'automne «Arina», la nouvelle méthode de mutagenèse «TEgenesis». Cette méthode a été développée à l'Université de Bâle dans le but d’accélérer le processus naturel d'adaptation des plantes. Avec TEgenesis, aucun matériel génétique étranger provenant d'autres organismes n'est inséré. Les plantes sont traitées avec deux substances et exposées simultanément à un stress, ce qui déclenche la mobilisation des «transposons». Il s'agit de séquences de patrimoine génétique qui changent d'emplacement au sein du génome et/ou qui y insèrent des copies d'elles-mêmes. De ce fait, de nouvelles propriétés souhaitées peuvent apparaître ou des propriétés indésirables peuvent être supprimées.
À la recherche de mécanismes de défense naturels dans des essais en plein champ
Dans le blé issu de TEgenesis, les chercheuses et chercheurs sont en quête de résistances aux maladies «qui sommeillent» dans le patrimoine génétique. Leurs efforts se concentrent en particulier sur les mécanismes de défense naturels contre les principales maladies fongiques comme la septoriose, la rouille jaune, la rouille brune et l'oïdium. Des plantes présentant une résistance accrue à l'oïdium ont déjà été trouvées en serre. Or, de telles résistances sont plutôt rares, contraignant les chercheuses et chercheurs à étudier un très grand nombre de plantes dans des essais en plein champ, si possible en conditions naturelles.
Premier essai en plein champ autorisé
Toutes les mutations provoquées avec le procédé TEgenesis sont susceptibles de se produire dans la nature, puisqu’elles sont induites par un processus naturel propre à la plante. Cependant, comme la méthode de sélection est nouvelle, l'Office fédéral de l'environnement (OFEV) a classé les plantes sélectionnées avec la méthode TEgenesis comme organismes génétiquement modifiés (OGM). Afin de pouvoir tout de même effectuer des essais en plein champ, Agroscope a déposé auprès de l'OFEV une demande d’autorisation pour un essai de dissémination, qui vient d'être acceptée. Le blé d'automne sera semé dès que possible sur le site protégé de Zurich-Reckenholz. L'essai durera au maximum cinq ans.
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Nouveau procédé de mutagenèse «TEgenesis»
La mutagénèse désigne les processus par lesquels le patrimoine génétique d'une plante est modifié sans introduire de gènes supplémentaires. Ces modifications peuvent être induites par exemple par une irradiation UV intensive, une irradiation radioactive ou par certaines substances chimiques. Dans la nature, la mutagenèse est provoquée par un stress, par exemple la chaleur ou la sécheresse. Les transposons jouent un rôle central dans ces processus. Presque tous les êtres vivants possèdent un ou plusieurs transposons dans leur patrimoine génétique. Dans le cas du blé, ils représentent plus de 85 % du patrimoine génétique. Mais en général, ils ne sont pas très actifs. Le procédé TEgenesis suspend temporairement cette inactivité. Les transposons deviennent mobiles et permettent à la plante de s’adapter au stress. Cette méthode douce de mutagénèse entraîne moins de changements dans l'ADN que les méthodes de mutagénèse précédentes, car elle active un mécanisme naturel dans la plante.
Du blé issu d'un projet de recherche de l'UE
Le blé utilisé pour l'essai en plein champ a été sélectionné chez Agroscope dans le cadre d'un projet de recherche financé par l'UE. Le chercheur responsable a également fondé la société «epibreed», qui détient les droits de brevet exclusifs pour TEgenesis. Cette société ne participe toutefois pas à l'essai et n'est plus opérationnelle depuis début 2021. Comme il s'agit d'un projet de recherche, Agroscope peut librement utiliser la méthode (privilège de la recherche).
Pour plus d'informations détaillées, voir les liens ci-dessous.
Frumento ottenuto con un nuovo metodo di selezione: Agroscope cerca la resistenza ai funghi negli esperimenti in pieno campo
Agroscope inizia una sperimentazione in pieno campo con il frumento autunnale, selezionato con un nuovo metodo. I ricercatori vogliono trovare nuove resistenze alle malattie, utili per ulteriori selezioni. L’Ufficio federale dell’ambiente ha dato il via libera alla sperimentazione, che sottostà ad autorizzazione.
Nella selezione vegetale, la diversità genetica naturale all’interno di una specie vegetale o di specie strettamente imparentate è utilizzata per creare varietà migliori. L’obiettivo è trovare nuove caratteristiche utili per la coltivazione, la lavorazione e i consumatori. Nella selezione classica, la mutagenesi è utilizzata da decenni a tale scopo (cfr. dettagli sotto).
La nuova tecnica, un’innovazione svizzera
Per questo progetto, Agroscope ha applicato il nuovo metodo di mutagenesi «TEgenesis» alla vecchia varietà svizzera di frumento autunnale «Arina». Si tratta di una tecnica messa a punto dall’Università di Basilea per accelerare il processo di adattamento naturale delle piante. TEgenesis non prevede l’inserimento di materiale genetico estraneo proveniente da altri organismi. I vegetali sono trattati con due sostanze ed esposti contemporaneamente a una fonte di stress. In questo modo, i cosiddetti trasposoni diventano mobili. Si tratta di sequenze genetiche che cambiano la loro posizione all’interno del genoma e/o vi inseriscono loro copie. Di conseguenza, possono emergere nuove caratteristiche desiderate o sparire altre indesiderate.
Alla ricerca di meccanismi di difesa naturali in condizioni di pieno campo
Nel frumento TEgenesis, i ricercatori stanno cercando resistenze alle malattie finora non ancora individuate nel materiale genetico. In particolare, l’attenzione è rivolta ai meccanismi di difesa naturali contro importanti malattie fungine, tra cui la septoriosi, la ruggine gialla, la ruggine bruna e l’oidio. In serra sono già state trovate piante con una maggiore resistenza all’oidio. Tuttavia, siccome tali resistenze si verificano raramente, i ricercatori devono testare moltissime piante negli esperimenti in pieno campo, di preferenza in condizioni naturali.
Approvato il primo esperimento in pieno campo
Tutte le mutazioni causate da TEgenesis potrebbero verificarsi anche in natura, poiché sono provocate da un processo intrinseco della pianta. Trattandosi però di un metodo di selezione nuovo, l’Ufficio federale dell’ambiente (UFAM) ha classificato le piante create con TEgenesis come organismi geneticamente modificati (OGM). Per poter effettuare comunque gli esperimenti in pieno campo, Agroscope ha presentato all’UFAM la relativa domanda per l’immissione sperimentale nell’ambiente, ora approvata. Il frumento autunnale sarà seminato sul sito protetto (protected site) di Zurigo-Reckenholz il prima possibile. La sperimentazione durerà al massimo cinque anni.
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Nuovo metodo di mutagenesi «TEgenesis»
La mutagenesi si riferisce ai processi in cui il materiale genetico vegetale viene modificato senza l’introduzione di geni aggiuntivi. Ciò avviene, per esempio, attraverso radiazioni UV intense, irradiazioni radioattive o determinate sostanze chimiche. In natura, la mutagenesi è causata da stress, tra cui il calore o la siccità. I trasposoni svolgono un ruolo centrale in questo processo. Quasi tutti gli organismi viventi sono provvisti di uno o più trasposoni nel proprio materiale genetico. Nel frumento, costituiscono oltre l’85 per cento del materiale genetico. Normalmente, però, non sono molto attivi. TEgenesis annulla questo blocco per un breve periodo di tempo. I trasposoni diventano mobili e aiutano la pianta ad adattarsi allo stress. Questo tipo delicato di mutagenesi implica un minor numero di cambiamenti nel DNA rispetto ai metodi di mutagenesi precedenti, poiché viene attivato un meccanismo naturale delle piante.
Frumento da un progetto di ricerca europeo
Il frumento utilizzato per gli esperimenti in pieno campo è stato selezionato in un progetto di ricerca finanziato dall’UE presso Agroscope. Il ricercatore principale ha fondato anche la società «epibreed», che detiene i diritti esclusivi del brevetto per TEgenesis. Tuttavia, l’azienda non è coinvolta nella sperimentazione e non è più operativa dall’inizio del 2021. Trattandosi di un progetto di ricerca, Agroscope può utilizzare liberamente questo metodo (privilegio della ricerca).
Per maggiori informazioni si rinvia ai link sottostanti.
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