AGROBANK – A BIOINFORMATIC PLATFORM AND STRATEGY FOR MANAGEMENT OF NATIONAL PLANT

GENETIC RESOURCES - FOR THE AGRICULTURAL ADVISORY SERVICES

AGROBANK –

PLATFORMA BIOINFORMATYCZNA I STRATEGIA ZARZĄDZANIA NARODOWYMI

ZASOBAMI GENOWYMI ROŚLIN UŻYTKOWYCH – DLA ŚWIADCZENIA USŁUG

DORADZTWA ROLNICZEGO

4th Meeting “Science for Agricultural Advisory and Agricultural Practice” IHAR-PIB Radzików 10.06.2019 r.

PLAN WYKŁADU

• Koncepcja zwiększania bioróżnorodności

• Cele projektu

• Zadania i działania w projekcie

3 poziomy dostępności Platformy - przeznaczone dla różnych grup użytkowników

• Strategia procesu transferu wiedzy i innowacyjności do praktyki rolniczej

• Pilotaż / wdrożenie platformy bioinformatycznej

• Działalność informacyjno - upowszechnieniowa

• Efekty ekonomiczne i społeczne

Elementy koncepcji - holistycznego systemu działań interdyscyplinarnych w celu przywrócenia różnorodności biologicznej w warunkach produkcyjnych współczesnego rolnictwa (autor: Prof. dr hab. E.S. Gacek, 2016 )

prowadzenie wyprzedzających badań naukowych i prac upowszechnieniowych nad

nad opracowaniem i wdrożeniem do praktyki metod i strategii zwiększania różnorodności

ukierunkowanie prac hodowlanych na tworzenie zróżnicowanych genetycznie odmian roślin,

określenie właściwości odmian buforujących skutki niekorzystnego oddziaływania czynników

klimatycznych, stresów abiotycznych i biotycznych

opracowanie i wdrożenie do praktyki strategii efektywnego zwiększania bioróżnorodności i zrównoważonego wykorzystania zasobów naturalnych

umiejętna integracja prac badawczo-wdrożeniowych i hodowlanych z docelowymi wariantami uprawy odmian

KONCEPCJA ZWIĘKSZANIA BIORÓŻNORODNOŚCI

(17 na świecie, 3 w Europie, 2 w UE ) Liczba obiektów w KCRZG – ponad 70 tys.

http://www.fao.org/wiews/map-test/en/

Udział obiektów roślin użytkowych zdeponowanych w przechowalni długoterminowej KCRZG (stan na 29.06.2017).

linie hodowlane

3%

odmiany współczesne

12%

odmiany stare 10%

dzikie 2%

materiały hodowlane

25%

inne i nieznane

48%

• Ponad 50% obiektów ma zagraniczne pochodzenie

• Obiekty z grupy odmiany stare oraz dzikie i towarzyszące – 97% zostało zgromadzonych na terenie Polski

Koordynator: Katarzyna Boczek, zastępca dyrektora CDR / Katarzyna Ambryszewska Kierownik B+R: Prof. dr hab. Jerzy H. Czembor, SPBS w IHAR-PIB

SKŁAD KONSORCJUM

Centrum Doradztwa Rolniczego w Brwinowie – lider

Instytut Hodowli i Aklimatyzacji Roślin – PIB

Poznańskie Centrum Superkomputerowo Sieciowe

Fundacja Kaleckiego

CEL OGÓLNY

Rozwój nowoczesnego sektora rolno-spożywczego w Polsce poprzez usprawnianie procesu transferu wiedzy i innowacyjności do praktyki rolniczej.

CEL PRAKTYCZNY

Opracowanie i wdrożenie „Strategii procesu transferu wiedzy i innowacyjności do praktyki rolniczej w Polsce do 2028 roku”

Opracowanie, wdrożenie i rozpowszechnienie bioinformatycznego systemu zarządzania narodowymi zasobami genowymi roślin użytkowych

CELE PROJEKTU

Harmonogram projektu – Faza A

Harmonogram projektu – Faza B

Zadania w projekcie

FAZA BADAWCZA

FAZA WDROŻENIOWA

Repozytorium danych (bioinformatyczna)

PLATFORMA

INNOWACJI

Dane oceny zasobów genowych

fenotypowo

Dane molekularne - markery, genomy

referencyjne

EGISET

Baza danych

Herbarium

eksponaty

Przechowalnia długoterminowa –

nasiona

Bank DNA DORADCA ROLNY

Ekonomia, gospodarka

Dane glebowe

Dane meteorologiczne

Dane epidemiologiczne

FAZA A – opracowanie platformy i założeń strategii

System będzie wpisywał się w strategię oraz będzie skierowany i szeroko promowany

wśród wielu grup społecznych, a jego użytkowanie będzie wzmacniać kapitał społeczny

3 POZIOMY DOSTĘPNOŚCI PLATFORMY – PRZEZNACZONE DLA RÓŻNYCH POTRZEB GRUP UŻYTKOWNIKÓW Poziom 1: Rolnik / Doradca - informacja o tym co warto uprawiać i gdzie

Poziom 2: Hodowca / Naukowiec - informacja o potencjale hodowlanym obiektów

Poziom 3: Administracja rządowa - informacja o stanie i potencjale ochrony bioróżnorodności

w agrosystemach i agroekosystemach

Poziom 1 – Platforma Świadczenia Usług Doradczych

Powstaje aplikacja umożliwiającą spersonalizaowane opracowanie płodozmianu z wykorzystaniem np. starych odmian, w określonym rejonie planu nawożenia systemu wspomagania decyzji ochrony roślin, w oparciu o charakterystykę odmiany

W systemie dostępne będą dane

środowiskowe: pogodowe i glebowe zapotrzebowanie rynku rolnego i konsumentów

Na podstawie lokalizacji pola uprawnego system ustali

przybliżoną wielkość pola, rodzaj i klasę gleby oraz warunki klimatyczne dominujące na danym obszarze

Na podstawie płodozmianu i i informacji o glebie system ustali plan nawożenia

Na podstawie danych pogodowych system wspomaga podejmowanie decyzji o zabiegach chemicznych

Źródła danych Instytut Geodezji i Kartografii – prognozowanie plonów i suszy na

podstawie zdjęć satelitarnych Instytut Meteorologii i Gospodarki Wodnej – dane meteorologiczne IOR – system wspomagania decyzji COBORU – dane, charakterystyka odmian współczesnych IHAR-PIB – dane, charakterystyka starych odmian CDR –planowanie nawożenia i inne bazy danych

……

Prognozowanie plonów

Prognozowanie suszy

Poziom 1 – Platforma Świadczenia Usług Doradczych

Poziom 2 – Platforma dla Hodowli

CHARAKTERYSTYKA FENOTYPOWA I MOLEKULARNA –

STARE I WSPÓŁCZESNE ODMIANY

Pszenica jara – 500 Groch – 200 Jęczmień jary – 450 Soja – 200

Rzepak - 180

Dane fenotypowe

Sekwencje genomowe

analiza asocjacyjna genotypu z fenotypem

Jednostki współpracujące: Bioinformatics Hub, School of Biological Sciences, University of Adelaide, Australia

1500 obiektów

analiza zmienności populacyjnej

Wybór obiektów o największym zróżnicowaniu dla ważnych cech agronomicznych

Technologia DArT pozwala na genotypowanie maksymalnej liczby obiektów metoda sprawdzoną i zapewniającą wysoką jakość przy niskim koszcie jednostkowym

Są inne podobne metody ale DArT jest dopracowana i wykorzystywana komercyjnie - minimalizuje ryzyko nieosiągnięcia oczekiwanych wyników.

Metoda DArT daje możliwość wyboru reprezentatywnych obiektów do głębszego sekwencjonowania (analizy) innymi metodami Jest to ważne w przypadku dużych, skomplikowanych i kosztownych do głębszego badania genomów jęczmienia i pszenicy

Poziom 2 – Platforma dla Hodowli

Opis miejsc w genomie zasocjowanych z ważnymi cechami agronomicznymi Konstruowanie markerów do selekcji genomowej (SNP) Sekwencje referencyjne do porównywania kolejnych linii hodowlanych

Jęczmień i pszenica - sekwencjonowanie genomów / eksomów

EFEKT Wskazanie starych odmian o wysokiej wartości agronomicznej bezpośrednio do reintrodukcji

Powołanie Platformy Innowacji oraz stworzenie informatycznego sytemu wsparcia tej platformy – odbiorca hodowca, naukowiec lub inny użytkownik, korzysta z bazy w sposób bierny lub czynny

Bierny – wprowadza do swoich programów hodowlanych obiekty o interesujących go cechach

Czynny – charakteryzuje swoje materiały do sekwencji referencyjnych

Stworzenie Banku DNA - biblioteki całych genomów DNA gatunków roślin rolniczych, które zawierać będą informację genetyczną o przypisanych do nich ważnych gospodarczo cechach fenotypowych

Poziom 2 –

Platforma dla Hodowli

Jęczmień – rozwijana jest pierwsza bardzo dokładna baza genomów referencyjnych

obiektów o wysokiej wartości gospodarczej (dostępny genom jest stosunkowo słabej jakości)

Pszenica – rozwijana jest platforma będąca odpowiednikiem platformy DAWN - baza

sekwencji referencyjnych o wysokiej wartości agronomicznej (autorzy: Bioinformatic Hub

Adelaide, Australia);

Cechy agronomiczne

Sekwencja referencyjna

Poziom 3

Administracja rządowa - informacja o stanie i potencjale ochrony bioróżnorodności w agrosystemach i agroekosystemach

dostęp do informacji z poziomu 1 i 2

dostęp do danych gromadzonych przez CDR i ODRy w procesie doradztwa wyboru gatunków i odmian dla danego regionu

informacja zwrotna od rolników - na temat ich potrzeb i efektów uprawy

dane z badań fokusowych prowadzonych w czasie projektu i rozszerzanych przez pracę w systemie (np. ankiety, informacje o plonie, zysku z uprawy itp.)

narzędzia pozwalające na analizę danych – do wykorzystania w społecznej ochronie zasobów genowych ze szczególnym uwzględnieniem starych odmian

Każdy obiekt powinien być reprezentowany w kolekcji podstawowej i aktywnej (rys. materiały KCRZG) .

DALSZA CYFRYZACJA I MODERNIZACJA PRZECHOWALNI

DŁUGOTERMINOWEJ KCRZG

Kluczowy etap dla zachowania w czystości zasobów genowych, rola kuratorów kolekcji

Herbarium Krajowego Centrum Roślinnych Zasobów Genowych posiada bogatą kolekcję nasion, kwiatostanów oraz arkuszy zielnikowych - ponad 20 tysięcy obiektów).

Kolekcja nasion stanowi największy i najstarszy zbiór obiektów zgromadzonych w Herbarium.

Kolekcja kwiatostanów jest materiałem referencyjnym dla obiektów zdeponowanych w długoterminowej przechowalni .

CYFRYZACJA I MODERNIZACJA Herbarium (materiały i zdj. z KCRZG)

Ustalenie rodzaju danych ekonomicznych i społecznych mających kluczowe znaczenie

dla polskiego rolnictwa i produkcji żywności

Faza badawcza (badania społeczne i ekonomiczne): • Diagnoza społecznych i ekonomicznych uwarunkowań rozwoju rolnictwa opartego o

narodowe zasoby genowe oraz barier w funkcjonowania systemu, identyfikacja zasobów pomocnych przy wdrażaniu i upowszechnianiu systemu, makroekonomicznego kontekstu funkcjonowania systemu Cele strategii: • Rekomendacje w zakresie zniwelowania barier transferu wiedzy i innowacyjności do praktyki

rolniczej • Zwiększenie konkurencyjności i innowacyjności polskiego rolnictwa • Rozwój niszowych do tej pory segmentów rynku

STRATEGIA PROCESU TRANSFERU WIEDZY I INNOWACYJNOŚCI DO PRAKTYKI ROLNICZEJ

W POLSCE DO 2028 ROKU

ZESPOŁY BADAWCZE OPRACOWUJĄCE RAPORTY CZĄSTKOWE STRATEGII

• Zespół metodologiczny

• Zespół opracowujący raport techniczny

• Zespół opracowujący schemat Strategii oraz badający oczekiwania konsorcjantów i podmiotów wdrażających Strategię

• Zespół opracowujący raport rynkowy: badanie potrzeb odbiorców platformy, uwarunkowań i barier rynkowych

Wykonano analizę dostępnych obecnie aplikacji i platform, większość z nich są dostępne w formie płatnej.

Aplikacje te dotyczą szerokiego zakresu działalności - od doboru środków ochrony roślin, aż po zarządzanie gospodarstwem.

Strategia jest tworzona we współpracy z MRiRW: Dep. Hodowli i Ochrony Roślin, Dep. Strategii, Analiz i Rozwoju …

STRATEGIA PROCESU TRANSFERU WIEDZY I INNOWACYJNOŚCI DO PRAKTYKI ROLNICZEJ

W POLSCE DO 2028 ROKU KPDOZGRU na lata 2021-2030 – przygotowany dla MRiRW w październiku 2017 roku w ramach koordynacji PW IHAR-PIB Obszar I

FAZA B

Pilotaż / wdrożenie rozwiązania będącego wynikiem fazy A w praktyce – utworzenie systemu informatycznego i jego uruchomienie

Stworzenie systemu integrującego wszelkie informacje związane materiałem biologicznym, przebadanym w ramach projektu oraz z pozyskanymi danymi na temat przyrodniczych i nieprzyrodniczych uwarunkowań rozwoju rolnictwa w Polsce.

Powstanie system informatyczny, który pozwoli na świadczenie przez Centrum Doradztwa Rolniczego i jego jednostki e-usługi w zakresie doradztwa rolniczego, opartego na wynikach najnowszych badań naukowych w zakresie produkcji rolnej.

DZIAŁALNOŚĆ INFORMACYJNO - UPOWSZECHNIENIOWA

Działania demonstracyjne

1. założenie w 16 województwach na polach doświadczalnych ośrodków doradztwa demonstracji

polowych z typowymi gatunkami i odmianami roślin rekomendowanych dla danego regionu z

zasobów banku genów.

2. Warsztaty - na polach demonstracyjnych warsztaty dla doradców

i rolników pokazujących praktyczne możliwości

wykorzystania zasobów z banku genów –

możliwości wykorzystania gatunków i odmian

w gospodarstwach rolnych

3. Kolekcje odmianowe i gatunkowe

4. Konferencje

5. Wyjazdy krajowe i zagraniczne studyjne

6. Upowszechnianie: stoiska informacyjne na targach, publikacje,

strony internetowe, filmy, promocja w mediach

8. Kampanie informacyjne: przetwórcy, konsumenci

Schemat doradztwa publicznego w Polsce

EFEKTY EKONOMICZNE I SPOŁECZNE

EKONOMICZNE:

Wzrost konkurencyjności i innowacyjności polskiego rolnictwa.

Zwiększenie bezpieczeństwa upraw w polskim rolnictwie a w efekcie – oszczędność i stabilność sektora rolniczego.

Rozwój niszowych do tej pory segmentów rynku i upraw o przeznaczeniu niespożywczym.

Zwiększenie samodzielności małych i średnich gospodarstw rolnych.

SPOŁECZNE:

Zwiększenie obecności nowych technologii wśród polskich rolników.

Transfer wiedzy.

Bioróżnorodność i zachowanie polskiego dziedzictwa genowego.

Poprawa jakości życia na wsi oraz wzmocnienie kapitału ludzkiego i społecznego.

Wykorzystanie wyników w praktyce GRUPY DOCELOWE ZAPOTRZEBOWANIE GRUP DOCELOWYCH NA ROZWIĄZANIE (SYSTEM

BIOINFORMATYCZNY)

ROLNICY (1,72 mln)

dostęp do prostego narzędzia analitycznego- większe plony, bezpieczeństwo upraw i dochody 60% rolników korzysta lub planuje korzystać z doradztwa rolniczego - ponad milion osób!

DORADCY ROLNICZY dostęp do zaawansowanego narzędzia analitycznego, wspomagającego pracę z rolnikami

HODOWCY dostęp do unikatowej wiedzy i danych, wzrost konkurencyjności i innowacyjności programów hodowlanych

NAUKOWCY dostęp do unikatowej wiedzy i danych molekularnych, społecznych i ekonomicznych.

INSTYTUCJE PAŃSTWOWE

dostęp do unikatowej wiedzy, tworzenie, wdrażanie i monitorowanie polityki, programów i strategii rozwoju.

OGÓŁEM

ROZWÓJ SEKTORA ROLNO-SPOŻYWCZEGO W POLSCE – UTRZYMANIE JEGO

KONKURENCYJNOŚCI POPRZEZ WZROST INNOWACYJNOŚCI.

Bardzo duże zapotrzebowanie społeczne na platformę bioinformatyczną jako narzędzie wspomagania decyzji Dane: Instytut Gospodarki Rolnej https://twitter.com/Instytut_Rolny

Nowe odmiany na polach

Programy hodowlane

Zasoby genetyczne

Produkcja nasienna

Bank Genów

Wzrost plonów

Adaptacja do zmieniających się warunków klimatycznych, stresów

biotycznych i abiotycznych, lepsza jakość

Dziękuję za uwagę