Wageningen, The Netherlands
September 22, 2021
A revolutionary method to make crops more resilient to climate change and other threats is one step closer to becoming reality. A team of universities and companies has been given the green light by the Dutch Research Council (NWO) to further develop a plan for this. With a budget of 50 million euros, the team aims to connect specialists in plant sciences, data sciences, artificial intelligence (AI) and breeding companies over the next ten years on a method to develop agricultural crops that can be grown in climate-proof and sustainable manner.
The climate is changing, and our crops have to keep up with it. A team of scientists and companies are joining forces to learn how to make crops more resilient to heat, drought, pests and diseases; also because we want to use less pesticides in the future. In their ten year plan called Plant-XR, the team aims to enable the development of new climate resilient crops with the help of artificial intelligence and computer models. The Dutch Research Council (NWO) has given the green light to further refine the first plans.
Further develop plans
The consortium behind Plant-XR consists of researchers from Utrecht University, the University of Amsterdam, Wageningen University & Research, Delft University of Technology and worldwide leading breeding companies in the Netherlands.
It's great that we can continue with the plan
Programme leader Guido van den Ackerveken, professor of Plant-Microbe Interactions at Utrecht University
With the provisional grant from NWO, the team can further develop its plans in the coming months. It also gives other companies, scientists and organizations the opportunity to join Plant-XR. When the final plan is also approved, NWO will ultimately fund 30 percent of the total programme budget of 50 million euros.
Crucial for climate-resilient, sustainable agriculture
‘It's great that we can continue with the plan,’ says programme leader Guido van den Ackerveken, professor of Plant-Microbe Interactions at Utrecht University. ‘With the help of data sciences and artificial intelligence, we as plant biologists want to learn to understand exactly which genes and processes make plants resilient. We will convert that knowledge into models with which breeding companies can subsequently make their crops more resilient. Such crops are crucial to make agriculture worldwide sustainable and climate-proof.”
Wild species resilience
Until now, agricultural crops have been bred with the main aim of achieving the highest possible yield. Because of this focus, less attention was paid to the resilience of the crops against diseases, pests, drought and other unfavourable conditions. Properties that make crops resilient therefore gradually faded into the background, while wild ancestors of the plants often still possessed such properties.
This mission is too fundamental and too big for individual Dutch companies and research groups
Programme leader Guido van den Ackerveken, professor of Plant-Microbe Interactions at Utrecht University
In recent years, breeders have tried more often to backcross favourable traits from wild relatives in cultivated crops, but the success of this is still limited. It is only possible to introduce relatively simple characteristics, such as resistance to one specific pathogen.
Ambitious plan
The team behind Plant-XR wants to make crops much more resilient. They want this partly because climate change is increasing the pressure on plants in many ways, but also because the use of chemical crop protection agents will be increasingly curtailed.
To realize this, a lot of new knowledge and technology is needed. “This mission is too fundamental and too big for individual Dutch companies and research groups,” says Van den Ackerveken. “Only with a large-scale, multidisciplinary approach, and collaboration between universities and companies, can such an ambitious plan succeed.”
Involvement of WUR
Four researchers from Wageningen University & Research are part of the core team. Christa Testerink and Richard Immink will contribute knowledge on the interaction between abiotic stress factors (e.g. drought, water excess, extreme temperatures, salt stress, mineral deficiencies) and plant development and physiology in determining the level of crop resilience. Dick de Ridder and Aalt-Jan van Dijk are experts in the field of bioinformatics and artificial intelligence.
A point in which WUR's knowledge is crucial is the so-called 'trade-off' effects. Theoretically, it is already possible to make a plant that is fairly resistant to a whole range of diseases or tolerant to abiotic stress factors. However, the incorporation of these traits results often in trade-off effects and consequently, smaller plants and much lower yield. The energy in the plant can only be used once, and with various 'alarm systems' continuously on, there is little energy left for the growth of the plant. It is therefore very important to link the knowledge about resistances and resilience to the knowledge about plant growth and development.
More than just crops
Ultimately, Plant-XR will deliver more than just a method for breeding better crops. The programme can form the seed of a fertile knowledge ecosystem. In this environment, thanks to the integration of many scientific disciplines and collaboration between universities and companies, many agricultural crops can be made more sustainable and resilient, both in the Netherlands and worldwide. This means that Plant-XR will continue to bear fruit long after the ten-year term.
Read more
Plan voor miljoenenprogramma Plant-XR mag door
Een revolutionaire methode om gewassen weerbaarder te maken tegen klimaatverandering en andere bedreigingen komt een stap dichterbij. Een team van universiteiten en bedrijven heeft van onderzoeksfinancier NWO groen licht gekregen om een plan daarvoor uit te werken. Met een budget van 50 miljoen euro wil het team de komende tien jaar plantenwetenschappen, datawetenschappen, kustmatige intelligentie (AI) en veredelingsbedrijven samen laten werken aan een methode om landbouwgewassen te ontwikkelen die klimaatbestendig én duurzaam kunnen worden geteeld.
Het klimaat verandert, en onze gewassen moeten daarin meegaan. Een team van wetenschappers en bedrijven slaat de handen ineen om te leren hoe we gewassen weerbaarder maken tegen hitte, droogte, plagen en ziekten, ook omdat we in de toekomst minder bestrijdingsmiddelen willen gebruiken. In hun tienjarenplan Plant-XR wil het team de ontwikkeling van nieuwe klimaatbestendige gewassen mogelijk maken met hulp van kunstmatige intelligentie en computermodellen. Onderzoeksfinancier NWO heeft groen licht gegeven om de eerste plannen nader in te vullen.
Plannen uitwerken
Het consortium achter Plant-XR bestaat uit onderzoekers van de Universiteit Utrecht, de Universiteit van Amsterdam, Wageningen University & Research, de Technische Universiteit Delft en wereldwijd toonaangevende veredelingsbedrijven in Nederland.
Het is geweldig dat we met het plan verder kunnen
Programmaleider Guido van den Ackerveken, hoogleraar Plant-Microbe Interactions (Universiteit Utrecht)
Met de voorlopige toekenning van NWO op zak kan het team de komende maanden zijn plannen verder uitwerken. Het geeft ook andere bedrijven, wetenschappers en organisaties de kans om bij Plant-XR aan te haken. Als ook het definitieve plan wordt goedgekeurd, zal NWO uiteindelijk 30 procent van het totale programmabudget van 50 miljoen euro financieren.
Cruciaal voor klimaatbestendige, duurzame landbouw
“Het is geweldig dat we met het plan verder kunnen”, zegt programmaleider Guido van den Ackerveken, hoogleraar Plant-Microbe Interactions aan de Universiteit Utrecht. “Met hulp van datawetenschappen en kunstmatige intelligentie willen we als plantenbiologen leren begrijpen welke genen en processen planten precies weerbaar maken. Die kennis gaan we omzetten in modellen waarmee veredelingsbedrijven hun gewassen vervolgens weerbaar kunnen maken. Zulke gewassen zijn cruciaal om de landbouw wereldwijd duurzaam en klimaatbestendig te maken.”
Weerbaarheid van wilde soorten
Tot nu toe zijn landbouwgewassen veredeld met als voornaamste doel een zo hoog mogelijke opbrengst. Door die focus was er minder oog voor de weerbaarheid van de gewassen tegen ziekten, plagen, droogte en andere ongunstige omstandigheden. Eigenschappen die gewassen weerbaar maken verdwenen gaandeweg naar de achtergrond, terwijl wilde voorouders van de planten zulke eigenschappen vaak nog wel bezaten.
Deze missie is té fundamenteel en té groot voor individuele Nederlandse bedrijven en onderzoeksgroepen
Programmaleider Guido van den Ackerveken, hoogleraar Plant-Microbe Interactions (Universiteit Utrecht)
De laatste jaren proberen veredelaars gunstige eigenschappen van wilde familieleden vaker in cultuurgewassen terug te kruisen, maar het succes daarvan is nog beperkt. Het lukt alleen om relatief eenvoudige kenmerken in te brengen, zoals resistentie tegen één specifieke ziekteverwekker.
Ambitieus plan
Het team achter Plant-XR wil gewassen veel breder weerbaar maken. Dat willen ze deels omdat klimaatverandering op veel manieren de druk op planten groter maakt, maar ook omdat het gebruik van chemische gewasbeschermingsmiddelen steeds meer zal worden ingeperkt.
Om dat te realiseren, is veel nieuwe kennis en technologie nodig. “Deze missie is té fundamenteel en té groot voor individuele Nederlandse bedrijven en onderzoeksgroepen”, zegt Van den Ackerveken. “Alleen met een grootschalige, multidisciplinaire aanpak, en samenwerking tussen universiteiten en bedrijven, heeft zo’n ambitieus plan kans van slagen.”
Betrokkenheid van WUR
Vanuit Wageningen University & Research maken vier onderzoekers deel uit van het kernteam. Christa Testerink en Richard Immink brengen kennis in over de interactie tussen abiotische stress factoren (bijvoorbeeld droogte, wateroverschot, extreme temperaturen, zoutstress, mineralen tekorten) en de ontwikkeling en fysiologie van de plant, die samen de weerbaarheid van gewassen bepalen. Dick de Ridder en Aalt-Jan van Dijk zijn experts op het gebied van bioinformatica en kunstmatige intelligentie.
Een punt waarin de kennis van WUR cruciaal is, zijn de zogenaamde ‘trade-off’-effecten. Het is theoretisch namelijk al mogelijk om een plant te maken die resistent is tegen ziektes of minder gevoelig voor abiotische stress. Dit leidt er echter ook toe dat de plant kleiner blijft en veel minder opbrengst zal geven. De energie in de plant kan namelijk maar één keer worden gebruikt, en met verschillende ‘alarmsystemen’ continu aan blijft er dan weinig energie over voor de groei van de plant. Het is daarom erg belangrijk om de kennis over resistenties en weerbaarheid te koppelen aan de kennis over plantengroei- en ontwikkeling.
Meer dan alleen gewassen
Uiteindelijk zal Plant-XR meer opleveren dan alleen een methode voor de veredeling van betere gewassen. Het programma kan de kiem vormen van een vruchtbaar kennisecosysteem. In die omgeving kunnen, dankzij de integratie van veel wetenschappelijke disciplines en samenwerking tussen universiteiten en bedrijven, tal van landbouwgewassen duurzamer en weerbaarden worden gemaakt, zowel in Nederland als wereldwijd. Daarmee zal Plant-XR nog lang na de looptijd van tien jaar zijn vruchten blijven afwerpen.
Lees meer
Topics
Species
