Wetenschap - 10 december 2009

Planten klonen met zaaizaad

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. ‘We gaan het proces nu omdraaien’, zegt geneticus Hans de Jong. ‘We gaan uit de ideale plant de ouders maken.’
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.
‘We willen de processen inperken die de enorme genetische variatie van planten bepalen’, zegt De Jong. ‘Daarvoor moeten we het proces van genetische recombinatie begrijpen en naar onze hand zetten.’ 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. ‘We zijn nu in staat om die cross-overs te verhinderen’, zegt Wijnker. ‘Daarmee beperken we de recombinatie en kunnen we op het niveau van chromosomen veredelen.’
Dit opent een nieuwe route in de veredelingspraktijk. ‘Tot dusverre’, zegt De Jong, ‘gaan veredelaars uit van zorgvuldig geselecteerde ouderlijnen: lijnen waarin de beide chromosoom-kopieën exact hetzelfde zijn.’ 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? ‘Van die plant gaan we dan de ouders maken.’ 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. ‘Tot 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 gelukt’, 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. ‘De kans dat we de ouders vinden is daarom zeer groot’, zegt Wijnker. Rijst en tomaat hebben twaalf chromosoomparen. ‘Dan neemt de complexiteit flink toe en de kans dat we de ouders vinden af’, zegt De Jong. Een gewas als broodtarwe (21 chromosoomparen)  is te complex. ‘We denken niet dat we deze techniek bij tarwe kunnen gebruiken.’ Maar bij landbouwgewassen als spinazie (zes chromosoomparen), rogge en komkommer (zeven), biet (negen) en maïs (tien paren) komt reverse breeding binnen handbereik.

Re:ageer