Mae ein hymchwil yn defnyddio adnoddau genetig a genomig i ddeall tarddiad y cnwd ceirch sydd gennym ni heddiw, ac yn ceisio dod o hyd i amrywiadau genetig coll a allai gael eu hadfer a’u defnyddio i wella amrywogaethau modern. Ganrif yn ôl, ceirch oedd y cnwd mwyaf yn ôl arwynebedd ar draws llawer o Ewrop a Gogledd America, a lluniwyd casgliadau helaeth iawn o gyltifarau a pherthnasau gwyllt ledled y byd. Rydym ni’n cydosod dilyniant genom ceirch coch, Avena byzantina, mewn cydweithrediad â Dr Martin Mascher (IPK, Gatersleben) ac yn defnyddio’r dilyniant fel cyfeiriad i ddeall arwyddocâd amrywiaeth genoteipaidd mewn deunydd o gasgliadau hanesyddol a chasgliadau diweddar.

Dull gweithredu: Mae gan geirch enw da fel cnwd ‘iach’, yn seiliedig ar effeithiau deietegol buddiol (teimlo’n llawn am amser hir, gostwng lefelau colesterol, cynnyrch heb glwten) ac ar ofynion mewnbwn ac ymyrraeth cymharol isel yn y maes. Mae rhai o’r priodweddau hyn yn adlewyrchu’r ffaith i geirch gael eu hamaethu’n gymharol ddiweddar, ar ôl iddyn nhw ledaenu o Dwrci i ganolbarth Ewrop fel chwyn mewn caeau cnydau ŷd yn ôl pob tebyg, a dim ond wedyn y cawsan nhw eu tyfu’n fwriadol fel cnwd eu hunain. Drwy osgoi cael eu dethol gan bobl am eu lefel cynnyrch a’u gwerth fel bwyd, mae’n bosibl fod ceirch wedi cynnal gwell amrywiaeth a gwydnwch genetig hyd heddiw na chnydau ŷd a amaethwyd o’r cychwyn cyntaf. Rydym ni’n gweithio gyda Dr Edyta Paczos-Greda (Prifysgol Lublin) i ddeall sut, ble a phryd y cafodd ceirch eu hamaethu.

Effaith bosibl: Mewn cymhariaeth â chnydau grawn eraill, mae ceirch ar ei hôl hi o ran datblygu dulliau meithrin meinwe effeithlon. Gyda chefnogaeth Senova a Saaten Union, ac mewn cydweithrediad â Sue Dalton, rydym ni wedi bod yn gwella protocolau cynhyrchu a thrawsnewid haploid dwbl (DH). Rydym ni’n profi’r defnydd o’r llinachau sy’n dangos yr ymateb DH gorau fel rhiant-blanhigion ar gyfer cyflwyno nodweddion o ddeunydd gwyllt.

Prif fewnwelediadau a chanfyddiadau’r ymchwil: Mae cydosod genomau cyfeirio Avena diploid a hecsaploid yn ein galluogi i gatalogio cynnwys a threfniadaeth genynnau. Mae’n bosibl wedyn defnyddio dilyniannau genynnau i ddylunio abwyd i gipio ffracsiynau penodol o ddiddordeb o linachau amrywiol. Yn dilyn ymarfer cipio ecsom eang cychwynnol yn seiliedig ar ‘zipper’ genomau diploid (Dr Nick Tinker, AAFC, Ottawa), rydym ni’n datblygu dyluniadau newydd yn seiliedig ar y cyfeiriad byzantina. Maes o ddiddordeb arbennig yw RenSeq, targedu genynnau gydag ymwrthedd i bathogenau (gyda Dr Matt Moscou, TSL, Norwich). 

Mae ceirch yn gnwd ŷd amgen ar gyfer tir âr sy’n cael ei gylchdroi, gan gynyddu amrywiaeth cnydau gyda’r angen am lai o fewnbynnau na chnydau ŷd eraill. O’r herwydd, maen nhw’n gallu tyfu ar dir mwy ymylol, gan ehangu opsiynau cnydau ar gyfer ffermio âr ac ar gyfer systemau ffermio cymysg. Mae grawn ceirch yn dangos nodweddion ansawdd sy’n fuddiol i iechyd pobl, gan gynnwys y ffibr hydawdd β-glwcan. Mae lefel cynnyrch ac ansawdd grawn ceirch yn dangos lefelau uchel o blastigrwydd ffenoteipaidd gyda rhyngweithio sylweddol rhwng genoteip ac amgylchedd (GxE). Mae deall effaith strwythur a ffenoleg planhigion, a sut maen nhw’n dosrannu adnoddau, ar hyn yn allweddol er mwyn datblygu gwydnwch amgylcheddol, optimeiddio ideoteipiau a lleihau’r bwlch cynnyrch.

Amcan y thema hon yw ymchwilio i effaith genoteip a’r amgylchedd ar nodweddion sy’n cyfrannu at ansawdd grawn a chynnyrch ceirch.

Dull gweithredu: Ein dull gweithredu yw defnyddio ffenoteipio manwl ar raddfeydd amrywiol, o amgylcheddau rheoledig (gan gynnwys ffactorau straen penodol a thriniaethau maethynnau) i dreialon maes aml-leoliad i alluogi dadansoddi ffisiolegol a chanfod genynnau ar gyfer nodweddion targed.

Y canlyniad fydd datblygu adnoddau a dealltwriaeth i alluogi ansawdd grawn gwell a lefelau cynnyrch uwch mewn gwahanol amgylcheddau.

Effaith bosibl: Bydd hyn yn creu effaith drwy ddatblygu gwybodaeth ac adnoddau i’w defnyddio i ddylunio cnydau yn y dyfodol sydd wedi’u haddasu i amrywiaeth o senarios newid hinsawdd a defnyddiau terfynol mewn cydweithrediad â phartneriaid masnachol (e.e. Senova, melinwyr ceirch a gwneuthurwyr bwydydd anifeiliaid).

Prif fewnwelediadau a chanfyddiadau’r ymchwil: Drwy fabwysiadu dull gweithredu Genoteip drwy Ddilyniannu, mae dwysedd marcwyr y map consensws ceirch wedi cynyddu ar ôl ychwanegu mwy na 70,000 o loci, diolch i gydweithio rhyngwladol ag ymchwilwyr yn yr Unol Daleithiau a Chanada (Bekele et al., 2018). Mewn astudiaeth cydgymuned traws-genom gyfunol o ddyddiadau torri pen o leoliadau lluosog, nodwyd nifer o loci nodweddion meintiol (QTL) yn ogystal â pharthau genomig gydag arwyddion dethol. Drwy fynd ati i ffenoteipio’n fanwl linachau agos at isogenig (QTL-NILs), lle mae haplodeipiau cyferbyniol ar gyfer QTL pwysig penodol wedi cael eu sefydlogi gyda chefndir genetig ceirch cyffredin, rydym ni bellach wedi gwirio QTL a nodwyd yn flaenorol ac wedi datgelu eu rhyngweithio mewn nodweddion fel uchder, amser blodeuo, elfennau cynnyrch ac ansawdd grawn. Mae’r QTL-NILs hyn wedi galluogi dadansoddi rôl gwanwyneiddiad a ffotogyfnodau wrth reoli amser blodeuo a saernïaeth system wreiddiau eginblanhigion.

Mae’r llinachau hyn, ynghyd â phoblogaethau eraill â nodweddion genetig a ddatblygwyd gennym, yn cael eu defnyddio yn y CSP i nodweddu ymhellach saernïaeth egin a gwreiddiau, o eginblanhigion i rawn aeddfed o dan wahanol amodau (dyfrio da, dirlawn, sychder, disbyddiad nitrogen) yn y Ganolfan Genedlaethol ar gyfer Ffenomeg Planhigion a chanlyniadau’n ymwneud â’r rhai o’r treialon maes aml-leoliad ar safleoedd yn y DU, Iwerddon a Gogledd America. Mae safleoedd treialon maes wedi’u hehangu i gynnwys graddiant uchderol y CSP. Mae canlyniadau cychwynnol dadansoddiad GxE un boblogaeth o’r fath wedi datgelu plastigrwydd ystod o nodweddion agronomegol (Howarth et al., wedi’i gyflwyno) ac mae arbrofion mewn ffenomeg o dan ystod o amodau straen a maethynnau ar y gweill. Mae hyn wedi nodi camau datblygu allweddol sy’n sensitif i darfu amgylcheddol. Bydd y cyfaddawdau rhwng nifer cadeirennau/paniglau, niferoedd grawn fesul panigl a maint grawn yn cael eu dadansoddi ymhellach, ac alelau newydd yn cael eu nodweddu i’w defnyddio i ystumio’r prosesau datblygiadol hyn yn fanwl.

Yn ddiweddar, rydym ni wedi datblygu dysgu dwfn a dulliau eraill i fesur amser blodeuo o bell yn fanwl gywir, a meintioli llawer o nodweddion eraill mewn amser real, gan gynnwys datblygiad gwreiddiau, cadeirio, paniglau a saernïaeth grawn. Er mwyn meintioli’r effeithiau ar ansawdd grawn, rydym ni wedi datblygu sgrinio tomograffeg microgyfrifiadurol i fodelu newidiadau mewn grawn ŷd a morffoleg blodau. Byddwn yn ymestyn y wybodaeth bresennol am effaith GxE, aeddfedrwydd grawn a phrosesu ar gynnwys β-glwcan i ddeall effeithiau ar strwythur moleciwlaidd β-glwcan ac ar gynnwys cyfansoddion grawn eraill hefyd. Mae proffilio metabolynnau grawn wedi datgelu rhyngweithio genoteip ac atchwanegu nitrogen.