Wageningen Universiteit en Researchcentrum
11 dec 2009
Wageningse genetici werken aan een methode om de ouders na te maken
uit de gewenste plant: reverse breeding. Dat kan grote gevolgen hebben
voor de veredelingspraktijk.
Als we een kindje maken, weten we nooit welke eigenschappen van ons
het kind krijgt. Ook planten die zich generatief met stuifmeel en
stamper voortplanten, krijgen een grote variatie aan nakomelingen.
Veredelaars willen die complexe variatie graag inperken. âWe gaan het
proces nu omdraaienâ, zegt geneticus Hans de Jong van Wageningen
University. âWe gaan uit de ideale plant de ouders maken.â
De Jong werkt aan reverse breeding, samen met zijn promovendus Erik
Wijnker en een onderzoeksteam van veredelingsbedrijf Rijk Zwaan.
R&D-directeur Rob Dirks van dit bedrijf heeft deze nieuwe denkwijze
ontwikkeld en inmiddels geoctrooieerd. De leerstoelgroep
Erfelijkheidsleer zoekt nu uit of deze aanpak werkt. Ze publiceerden
er deze maand een artikel over in Plant Biotechnology Journal.
âWe willen de processen inperken die de enorme genetische variatie van
planten bepalenâ, zegt De Jong. âDaarvoor moeten we het proces van
genetische recombinatie begrijpen en naar onze hand zetten.â Het
genoom van planten en dieren bestaat uit meerdere chromosoomparen. Bij
de bevruchting versmelten de zaad- en eicel tot een unieke nakomeling,
met van beide ouders één chromosoom per paar. Een ouder geeft van
dat paar echter niet zomaar één van zijn twee chromosomen door aan
zijn nakomelingen. Het doorgegeven chromosoom is een combinatie van de
twee ouderchromosomen, omdat die stukjes chromosoom uitwisselen via
zogenaamde cross-overs. Juist die cross-overs leiden tot nieuwe
combinaties van vader- en moedereigenschappen en bepalen de grote
variatie aan nakomelingen. âWe zijn nu in staat om die cross-overs te
verhinderenâ, zegt Wijnker. âDaarmee beperken we de recombinatie en
kunnen we op het niveau van chromosomen veredelen.â
Dit opent een nieuwe route in de veredelingspraktijk. âTot dusverreâ,
zegt De Jong, âgaan veredelaars uit van zorgvuldig geselecteerde
ouderlijnen: lijnen waarin de beide chromosoom-kopieën exact
hetzelfde zijn.â Veredelaars kruisen die ouderlijnen om de ideale
plant te ontwikkelen met de gewenste eigenschappen: de hybride.
Deze hybride geeft bijvoorbeeld grote, smakelijke tomaten. Als hij
kruist met andere tomaten, gaat die combinatie van gunstige
eigenschappen verloren in volgende generaties. De tomatenteler moet
dus steeds nieuwe hybride zaden kopen. Zo verdienen veredelaars hun
geld. De ideale hybride is alleen na te maken als je zijn ouders hebt.
Die ouderlijnen worden dan ook angstvallig verborgen gehouden door de
veredelingsbedrijven op geheime veldjes.
Met reverse breeding willen De Jong en Wijnker deze hybrides namaken
in hun lab. De wetenschappelijke vraag daarbij is: hoe kun je uit de
ideale tomatenplant zijn ouders terughalen? Als dat lukt, zegt De
Jong, dan kunnen we een grote zak zaaizaad met grote variëteit her en
der uitzaaien en kijken: welke plant doet het onder deze
milieuomstandigheden het beste? âVan die plant gaan we dan de ouders
maken.â De geheime veldjes van de veredelingsbedrijven zijn dan
verleden tijd.
Om dat mogelijk te maken, moeten de onderzoekers eerst de meiose, de
vorming van de geslachtscellen waarbij de cross-overs plaatsvinden,
aanpassen. Dat is ze gelukt in de modelplant Arabidopsis en in een
aantal gewassen. Voordeel van Arabidopsis is dat de plant maar vijf
paar chromosomen heeft. Als je de cross-overs uitzet, ontstaan tijdens
de meiose maximaal twee tot de macht vijf, ofwel 32 verschillende
levensvatbare geslachtscellen.
Daarna is het zaak om deze geslachtscellen, waarin maar één kopie
van het chromosoom zit, om te vormen naar een volwassen plantje met
twee kopieën, net als de oorspronkelijke ouder. Ook dat is het
tweetal gelukt. Ze kunnen pollen van Arabidopsis laten uitgroeien tot
een plantje, door de enkele chromosomen zichzelf te laten verdubbelen.
âTot een maand geleden konden we dit niet bij Arabidopsis. Maar met
hulp van een Amerikaanse collega, die een fantastische ontdekking deed
in het lab, is dat nu geluktâ, zegt De Jong.
Daarna kunnen ze de opgekweekte plantjes met elkaar laten kruisen. Via
merkertechnologie gaan ze dan na welke van de 32 mogelijke ouders de
ideale plant geeft. Binnenkort gaan ze in een nieuwe publicatie het
bewijs leveren dat reverse breeding mogelijk is.
De veredelingspraktijk is echter weerbarstig. Arabidopsis heeft weinig
chromosomen, met als gevolg maar 32 mogelijke geslachtscellen. âDe
kans dat we de ouders vinden is daarom zeer grootâ, zegt Wijnker.
Rijst en tomaat hebben twaalf chromosoomparen. âDan neemt de
complexiteit flink toe en de kans dat we de ouders vinden afâ, zegt De
Jong. Een gewas als broodtarwe (21 chromosoomparen) is te complex.
âWe denken niet dat we deze techniek bij tarwe kunnen gebruiken.â Maar
bij landbouwgewassen als spinazie (zes chromosoomparen), rogge en
komkommer (zeven), biet (negen) en maïs (tien paren) komt reverse
breeding binnen handbereik. | Albert Sikkema
Â
Bovenstaand bericht is geproduceerd door de redactie van Resource, het
blad voor Wageningen Universiteit en Researchcentrum. Meer informatie
bij Pers- en wetenschapsvoorlichting van Wageningen UR, e-mail:
pers.communicatie@wur of bij de redactie van Resource, e-mail:
resource@wur.nl.