Y nod yw datblygu a rhoi methodolegau ar waith i gynhyrchu amrywiadau genetig a ffenoteipaidd newydd mewn glaswelltau porthiant a meillion. Yma, rydyn ni’n canolbwyntio ar ollwng hadau a rheoli ailgyfuno meiotig; nodweddion sy’n sail i wytnwch bridio a gwytnwch masnachol y cnydau porthiant hyn.

Dull gweithredu: Datblygu a defnyddio biotechnolegau fel meithriniad meinwe, trawsffurfio byrhoedlog a sefydlog, golygu genynnau ac arunigo protoplast mewn cnydau porthiant sy’n hynod gyndyn o dderbyn y technegau hyn.

Effaith bosibl: Cyfrannu at ddatblygiad piblinell biotechnoleg gadarn gan gynnwys y gallu i olygu genynnau cnydau porthiant er budd ymchwil, ac yn y pen draw i gynhyrchu amrywogaethau cnwd uwchraddol.

^{Y tair system golygu genynnau mwyaf cyffredin. Mae gan bob un parth sganio DNA a niwcleas cysylltiol sy’n gallu creu toriadau edefyn sengl neu ddwbl. Jones (2015) Nature Plants 1: 14011}

Prif fewnwelediadau a chanfyddiadau’r ymchwil: Mae gwybodaeth geneteg a genomeg cnydau porthiant yn parhau i ehangu, ond ni ellir manteisio ar hynny’n llawn oherwydd diffyg technolegau cellog a moleciwlaidd in vitro rhai o’r cnydau hyn sy’n angenrheidiol i fod yn sail i ôl-eneteg. Mae cynhyrchu celloedd trawsffurfio sefydlog yn broses sy’n llyncu amser, a dyna sy’n bennaf cyfrifol am arafu’r gwaith o ddatblygu piblinell golygu genomau effeithlon ar hyn o bryd. I wasanaethu fel sgrin gRNA trwybwn sylweddol ar gyfer golygu, rydyn ni wedi datblygu dulliau newydd ar gyfer ynysu a thrawsffurfio protoplastau Lolium (Davis et al, 2019, yn y wasg), ac ar gyfer trawsffurfiad byrhoedlog embryonau sygotig Lolium a Brachypodium.

Er bod protocolau trawsffurfio sefydlog cadarn yn heriol mewn rhywogaethau glaswellt, maen nhw’n angenrheidiol ar gyfer llawer o gymwysiadau ôl-eneteg. Rydyn ni wedi sefydlu piblinell ar gyfer trawsffurfio Brachypodium (esiampl o rywogaeth glaswellt) ac ailsefydlu un ar gyfer Lolium perenne.

Mae Brachypodium yn esiampl o laswellt delfrydol ar gyfer ymchwilio i’r hyn a elwir yn ‘enynnau cyfaddasu’. Rydyn ni wedi canfod orthologau y genyn reis qSH1 reis mewn Brachypodium a Lolium perenne, gyda’r nod o olygu allgnociadau gweithredol gyda lefelau is o hadau’n chwalu.

^{Dangoswyd bod polymorffedd niwcleotid unigol (SNP) ym mharth rheoleiddio 5’ qSH1 yn arwain at ddileu hadau’n chwalu mewn reis. Konishi et al. (2006) Science}

Oherwydd bod meithriniad meinwe a thrawsffurfio rhywogaethau porthiant yn fwy heriol nag ar gyfer llawer o gnydau, rydyn ni’n ymchwilio i ddulliau newydd o gyflwyno DNA, gan gynnwys peptid newydd o’r enw CUPID (ffactor athreiddedd cellog mewn Dictyostelium) sy’n treiddio i gellbilenni. Rydyn ni wedi dangos, ar grynodiadau cymharol isel (1, 5 neu 10 μM), bod CUPID-GFP yn gallu treiddio i gellbilenni mewn ffordd ddiwenwyn nad yw’n ddibynnol ar amser. Rydyn ni’n gweithio ar gyfuno asidau niwclëig i CUPID gyda’r nod o ddatblygu systemau cyflwyno genynnau newydd.

^{Mae meinwe sgwtelwm embryonau hadau anaeddfed (top) a phrotoplastau wedi’u hynysu o fesoffyl dail (lluniau isaf) yn fathau delfrydol o gelloedd i brofi mynegiad genynnau yn gyflym mewn genynnau gweithredol. Yma, dangosir mynegiad o brotein fflworoleuol gwyrdd (GFP) cnewyllol.}

^{Rhwydwaith mycelia Phymocyces blakesleeanus wedi’i drin â 5 μM Cupid-GFP am 90 munud. Delweddu cyferbynnu camau (chwith) a fflworoleuedd gwyrdd (dde).}

Bydd ein hymchwil yn gwella gallu rhagfynegi dethol genomig (rhagfynegi nodweddion ar sail marcwyr moleciwlaidd genoteipiau) mewn glaswelltau porthiant a chodlysiau, ceirch a glaswelltau ynni, gyda’r nod o gynyddu cyflymder ac effeithlonrwydd ein rhaglenni bridio ar gyfer y cnydau hyn.

^{Lleiniau prawf ym Morfa Mawr, ger Aberystwyth}

Dull gweithredu: Rydyn ni’n datblygu ac yn cynyddu maint y poblogaethau hyfforddi sy’n cael eu defnyddio ar gyfer dethol genomig er mwyn gwella cywirdeb rhagfynegi. Bydd hyn yn ein galluogi i leihau hyd y cylchoedd bridio a hwyluso effeithlonrwydd y gwaith o nodi’r rhiant-blanhigion gorau ar gyfer cynhyrchu amrywogaethau hybrid a senarios bridio aml-groesiadau. Bydd y rhaglenni bridio ar gyfer pob un o’r cnydau yn darparu ffynhonnell poblogaethau hyfforddi priodol a chynyddol, a’r gwaith o ddatblygu modelau rhagfynegi. Er bod bioleg atgenhedlu gwahanol y cnydau yn golygu bod y strategaethau ar gyfer rhagfynegi genomig yn amrywio o un i’r llall, mae’r amcanion yn gyffredin. Ar wahân i’r defnydd o ragfynegi genomig wrth gynhyrchu amrywogaethau, bydd canlyniadau o themâu llwyfannau systemau cnydio eraill yn darparu nodweddion targed newydd, ac adnabod QTL posibl drwy ddadansoddi GWAS.

Effaith bosibl: Bydd gwella gallu rhagfynegi dethol genomig a dangos ei ddefnyddioldeb yn ein cnydau yn galluogi datblygiad plasm cenhedlu codlysiau, ceirch, glaswelltau porthiant a glaswelltau ynni addas i’w defnyddio ar gyfer cynhyrchu amrywogaethau, gan gynnwys mathau delfrydol, ac i ddarparu poblogaethau ymchwil. Bydd ein gwaith felly’n cynyddu manwl gywirdeb y rhaglenni bridio, yn darparu cylch bridio cyflymach ac yn nodi’r genoteipiau gorau ar gyfer dethol a chroesrywio yn y dyfodol. Bydd y wybodaeth a’r adnoddau sy’n deillio o’r ymchwil yn cael eu defnyddio i ddatblygu cnydau porthiant, Miscanthws a cheirch ar gyfer y dyfodol, cnydau sydd wedi’u haddasu i ystod o senarios newid hinsawdd a defnyddiau terfynol.

Prif fewnwelediadau a chanfyddiadau’r ymchwil: Rydyn ni wedi defnyddio rhagfynegi genomig ar fynegeion dethol Miscanthws i wella rhagfynegi lefel cynnyrch¹ac wedi defnyddio dethol mynegai genomig i optimeiddio dethol nodweddion lluosog (e.e. mewn mathau delfrydol)². Rydyn ni’n dadansoddi canlyniadau treial 1000 genoteip ystadegol bwerus. Mae’r marcwyr SNP ar gyfer y genoteipiau wedi cael eu galw yn erbyn y dilyniant genom Miscanthws newydd, gan arwain at 2.44 miliwn SNP ar draws 19 cromosom. Defnyddiwyd marcwyr SNP i nodi 8 grŵp rhywogaethau ac mae astudiaethau anghydbwysedd cyswllt (rheolaeth ar gyfer GWAS a rhagfynegi genomig) wedi cael eu cynnal.

O ran ceirch, mae modelau rhagfynegi genomig rhwng cenedlaethau ac yn yr un cenedlaethau wedi cael eu cynnal, gan ddefnyddio data ffenoteip a genoteip hanesyddol. Mae’r rhain yn cael eu hehangu gan ddefnyddio paneli mapio cyswllt a phoblogaethau presennol y rhaglen bridio ceirch gwanwyn sy’n destun ffenoteipio a genoteipio ar hyn o bryd. Bydd hyn yn arwain at ddatblygu modelau rhagfynegi aml-nodwedd ar gyfer nodweddion allweddol sy’n sail i lefel cynnyrch ac ansawdd grawn, ac yn y pen draw at nodi’r rhiant-blanhigion gorau ar gyfer croesrywio yn y dyfodol.

O ran ceirch, mae gwaith wedi cael ei gyhoeddi ar genoteipio drwy ddilyniannu ym maes ymchwil genom ceirch a’i ddefnydd ar gyfer dadansoddi cyswllt a dethol genomig (Bekele et al., 2018; dx.doi.org/10.1111/pbi.12888) ac mae papur pellach ar ddatblygu modelau rhagfynegi yn yr un cenedlaethau ar y gweill. Mae hyn wedi dangos bod rhagfynegi genomig, yn yr un genhedlaeth a rhwng llinachau, yn bosibl o ran ceirch, a hynny ar sail gwybodaeth genoteipaidd. Mae hefyd wedi dangos bod data genoteipio cenhedlaeth gynnar yn gallu lleihau nifer y llinachau ar gyfer ffenoteipio diweddarach, yn seiliedig ar ddewis symud ymlaen gydag epil yr un rhiant-blanhigion. Gallai defnyddio setiau o deuluoedd bach wedi’u dewis yn gynnar alluogi defnyddio rhagfynegi genomig er mwyn addasu i amgylcheddau targed lluosog ar gam cynnar yn y rhaglen fridio.

^{Cymharu newidiadau yng nghywirdeb rhagfynegi RR-BLUP o’r genhedlaeth F2 i F7 mewn llinachau ailgyfunol anianol ‘Buffalo’ x ‘Tardis’ ar gyfer uchder ac ymddangosiad tywysennau yn y maes ac mewn twnnel polythen, yn seiliedig ar gyfrannau amrywiol o unigolion F2 wedi’u genoteipio. (Mellars et al.,wedi’i gyflwyno)}

Mae un papur wedi’i gyhoeddi ar ragfynegi genomig mewn L. perenne (Grinberg et al., 2016; doi.org/10.3389/fpls.2016.00133). Rydyn ni wedi cyfrannu at ddatblygiad fframwaith posibl ar gyfer uno rhagfynegi genomig mewn cnydau ac anifeiliaid da byw (dx.doi.org/10.1038/ng.3920), ac mae papur ar amrywiaeth genetig a dadansoddi cyswllt mewn meillion coch wedi’i dderbyn mewn Adroddiadau Gwyddonol, ac yn aros i gael ei adolygu.

O ran rhygwellt lluosflwydd diploid, rhywogaeth allfridio, mae’r rhaglen fridio yn seiliedig ar ddatblygiad poblogaeth drwy ddethol ailadroddol. Rydyn ni’n defnyddio data ffenoteipaidd a genoteipaidd i ragfynegi cymedr ac amrywiant epil sy’n deillio o aml-groesiadau sy’n rhan o’r rhaglen fridio ar gyfer dewis planhigion i’r cylch gwella poblogaeth, ac i ragfynegi’r rhiant-blanhigion gorau o ran cynhyrchu amrywogaethau. Er enghraifft, cymharwyd perfformiad rhagfynegedig nodweddion agronomegol amrywogaeth o rygwellt tybiedig uchel o ran lipidau ag amrywogaethau eraill gan ddefnyddio gwerthoedd bridio genomig epil y pedwar rhiant-blanhigyn (Skøt et al. 2018; Grassland Science in Europe 23: 342-344). Mae hyn yn dangos i ni a yw’r amrywogaeth newydd wedi cael ei datblygu heb yr effeithiau niweidiol ar berfformiad agronomegol a ragwelwyd. Mae’r gwaith yn cynhyrchu modelau rhagfynegi gyda gwell cywirdeb, gan gynnwys is-setiau o farcwyr y mae modd eu defnyddio i wella rhagfynegi cysondeb a pherfformiad poblogaethau mewn ymateb i straen biotig ac anfiotig. Rydyn ni wedi cynyddu maint y boblogaeth hyfforddi i 830 genoteip, sydd wedi gwella’r gallu rhagfynegi i oddeutu 0.8 yn achos nodweddion ansawdd, a 0.5 o ran lefel cynnyrch biomas. Mae hyn yn ddigon cywir i’n galluogi i ddefnyddio dethol genetig yn y cylch gwella poblogaeth.

Mae pedwar math o rygwellt lluosflwydd posibl wedi’u creu ar sail gwerth bridio genomig, ac maen nhw yn destun profion cam 1. Mae mwy o amrywogaethau o rygwellt lluosflwydd wrthi'n cael eu cynhyrchu ar sail gwerth bridio genomig, a byddwn yn cynnig model ar gyfer rhagfynegi perfformiad epil croesiadau rhiant-blanhigion yn y rhaglen fridio. Mae mathau newydd o geirch sy’n cyfuno cyfuniadau alel ffafriol hefyd yn eu blwyddyn gyntaf o dreialon maes dyblyg.