Startpagina Akkerbouw

Snelle veredeling maakt maïs klimaatrobuust

De landbouw staat voor grote uitdagingen, zoals het beperken van opbrengstverliezen tijdens langdurige hitte en droogte. Om de voedselproductie op peil te houden, moeten we gewassen aanpassen aan het snel veranderende klimaat. Maar conventionele veredeling is arbeidsintensief en tijdrovend. Wetenschappers van het VIB-UGent Centrum voor Plantensysteembiologie en ILVO ontwikkelden voor maïs een snelle methode voor veredelingsprogramma's.

Leestijd : 3 min

Al duizenden jaren houdt de mens zich bezig met het domesticeren van fruit en groenten door planten met voordelige eigenschappen te selecteren. Het selecteren van nakomelingen die de gunstige eigenschappen van beide ouders bezitten, resulteerde in superieure gewassen op basis van natuurlijke variatie. Deze aanpak is waardevol voor vele agronomische eigenschappen en in de loop der jaren konden deze verbeterde eigenschappen worden gecorreleerd aan een bepaalde regio in het plantengenoom.

Beperkingen van conventionele veredeling

"Conventionele veredeling heeft een grote bijdrage geleverd aan het aanpassen van gewassen aan hun omgeving, maar begint zijn beperkingen te tonen. Wanneer men complexe eigenschappen zoals gewasopbrengst probeert te verbeteren, zijn de effecten vaak beperkt of onbeduidend, waardoor dit een langzaam proces wordt. Maar de klimaatverandering dwingt ons om met minder middelen meer productieve gewassen te ontwikkelen", zegt Christian Lorenzo (VIB-UGent Centrum voor Plantensysteembiologie).

Bij conventionele veredeling worden rassen met de gewenste eigenschappen in hun genoom gekruist. Eigenschappen die essentieel zijn voor het overleven van planten en gevoelig zijn voor omgevingsstress, zoals groei en opbrengst, worden vaak gecontroleerd door een complex netwerk van genen. Om een significante verbetering van de groei te bereiken, moeten veredelaars vaak meerdere groeistimulerende eigenschappen combineren. Het vinden van de juiste combinaties om onder wisselende veldomstandigheden optimale resultaten te verkrijgen, is tijdrovend. Met moleculaire biologie kunnen agronomische eigenschappen worden gekoppeld aan specifieke genen in plaats van genoomregio's.

Breedit-platform is aanwinst

"We hebben nu een pijplijn ontwikkeld waarin CRISPR-gemedieerde genoombewerking van meerdere genen tegelijk wordt gecombineerd met verschillende kruisingsschema's om de belangrijkste genen te identificeren die betrokken zijn bij de verbetering van belangrijke agronomische eigenschappen. ‘Breedit’ is daardoor een ondersteunend platform voor veredeling met behulp van innovatieve genoombewerkingstechnieken”, stelt Christian Lorenzo.

CRISPR-Cas9 is een techniek om het genetische materiaal van planten met grote precisie te wijzigen. De moleculaire schaar Cas9 wordt door een gidsmolecule – het gRNA – naar een vooraf bepaalde positie in het genoom gebracht, waar vervolgens een kleine genetische wijziging wordt geïnduceerd.

Het Breedit-team heeft een strategie ontwikkeld om tot 60 genen te bewerken in alle mogelijke combinaties. De introductie van 12 gRNA's tegelijk in een Cas9-bevattende maïsplant resulteert in multiplex genbewerkte nakomelingen. Het toepassen van een kruisingsschema tussen planten met een verschillend set aan gRNA’s geeft een gevarieerde collectie aan genbewerkte maïs die gescreend kan worden op verbeterde agronomische eigenschappen.

De Breedit-strategie: 12gRNA's kunnen tegelijk geïntroduceerd worden in een Cas9-bevattende maïsplant (EDITOR). Als resultaat ontstaan multiplex genbewerkte nakomelingen (aangeduid in de figuur als SCRIPT 1-4).
De Breedit-strategie: 12gRNA's kunnen tegelijk geïntroduceerd worden in een Cas9-bevattende maïsplant (EDITOR). Als resultaat ontstaan multiplex genbewerkte nakomelingen (aangeduid in de figuur als SCRIPT 1-4). - Beeld: VIB

Door sneller een grote collectie genetisch gewijzigde planten te genereren, kunnen meer genen en combinaties van genen voor interessante agronomische toepassingen op een kortere tijdspanne worden gescreend. Bovendien maakt het wijzigen van meerdere genen tegelijk het mogelijk om redundantie binnen één genfamilie te overwinnen - wanneer het functieverlies van een gen wordt gecompenseerd door een ander gen. Het gericht wijzigen van hele genfamilies zou kunnen leiden tot sterkere effecten op plantengroei en -ontwikkeling en stelt wetenschappers in staat genetische interactienetwerken op het niveau van genfamilies te onderzoeken

"De Breedit-pijplijn is echt een aanwinst voor zowel het bevorderen van het fundamentele begrip van complexe moleculaire netwerken die de plantengroei reguleren, als voor het ondersteunen van veredelingsprogramma's in het kader van klimaatbestendige landbouw", besluit professor Ruttink van ILVO.

VIB

Lees ook in Akkerbouw

Meer artikelen bekijken