Akkerbouw

Achtergrond

Slimme en goedkope gentechnieken helpen veredelaars

Veredelaars willen snel weten welke genen een plant heeft. Nieuwe onderzoekstechnieken vergroten de kans op een nieuw succesvol ras.

In het laboratorium van onderzoeksbedrijf KeyGene in Wageningen is goed te zien hoe snel de ontwikkelingen gaan in de veredeling. Rechts naast de deur staat op de grond een apparaat van 1 bij 1 meter en bijna 2 meter hoog. Die kostte 5 jaar geleden ongeveer een half miljoen euro. Op een bureau achter in het lab ligt een apparaatje ter grootte van een nietmachine. Die kost nog geen € 1.000 en kan wat betreft genoomonderzoek meer dan het grote apparaat naast de deur.


  • De ontwikkelingen in gen-onderzoek gaan snel. Dit apparaat is 2 meter hoog en kostte 5 jaar geleden een half miljoen euro. Maar je kunt er veel minder mee dan met het nieuwe apparaat (volgende foto). Dat heeft de grootte van een nietmachine en kost nog geen €1.000. - Foto’s: Henk Riswick

    De ontwikkelingen in gen-onderzoek gaan snel. Dit apparaat is 2 meter hoog en kostte 5 jaar geleden een half miljoen euro. Maar je kunt er veel minder mee dan met het nieuwe apparaat (volgende foto). Dat heeft de grootte van een nietmachine en kost nog geen €1.000. - Foto’s: Henk Riswick

  • Slimme en goedkope gentechnieken helpen veredelaars

Onderzoeker Alexander Wittenberg klapt het apparaatje open. “Hier doe je een beetje sap op van een plant of iets anders waar je het genoom van wilt aflezen. Het apparaat geeft weer in welke volgorde de nucleotiden op de chromosomen liggen, de zogenoemde sequencing. Zo’n techniek versnelt de veredeling enorm. Vroeger duurde het veel langer om de chromosomen af te lezen, en het was veel duurder.”

Speuren in het DNA

De erfelijke codering van een organisme ligt vast in het DNA. Het DNA bestaat uit 4 nucleotiden, die worden aangeduid met de letters A, C, G en T. A staat voor adenine, T voor thymine, C voor cytosine en G voor guanine.
De volgorde van de nucleotiden op het chromosoom wordt de sequentie genoemd. Een gen bestaat uit een of meerdere sequenties. Deze volgorde van de nucleotiden bepaalt de unieke erfelijke informatie. Met een bepaalde volgorde van letters kun je woorden, zinnen en een onbeperkt aantal boeken maken. Zo worden de letters van het DNA gebruikt om erfelijke informatie te coderen.
Het bepalen van de volgorde van de nucleotiden wordt sequensen genoemd. Nieuwe technieken maken het sequensen steeds goedkoper voor de veredelaars. Het geeft hen waardevolle informatie welke eigenschappen een plant heeft en welke kruisingen de meeste kans op succes geven.

Veredelaars willen graag weten welke genen een plant (of dier) heeft. Die bepalen immers welke eigenschappen de plant heeft. Vroeger moesten eerst nakomelingen worden opgekweekt en daarna getest om te bepalen welke eigenschappen de kruisingen hadden. Dat proces duurde lang en was kostbaar, vooral bij meerjarige gewassen, zoals fruitbomen. Door gebruik te maken van nieuwe technieken kunnen veredelaars direct na de kruising het genoom van een nakomeling beoordelen, om te kijken of die de gewenste eigenschappen heeft. Bovendien kunnen veredelaars met die kennis gerichter kruisingen uitvoeren. Dat vergroot de kans op een nieuw succesvol ras.

ONT-techniek nu ook bereikbaar voor kleine veredelaar met minder financiële middelen

Diverse technieken om DNA in beeld te brengen

Er zijn diverse technieken beschikbaar om inzicht te krijgen in het genoom van planten. Sommige daarvan gebruiken SNP’s, dat staat voor Single Nucleotide Polymorphisms. Deze op SNP’s gebaseerde technieken brengen variaties in het DNA in kaart, waardoor een beeld ontstaat van het genoom. De technieken bestaan al langer, maar KeyGene is er in geslaagd een techniek te maken die sneller en goedkoper is. Daarover is een publicatie verschenen in het wetenschappelijk tijdschrift PLos One. Wittenberg: “Het is een afgeleide techniek. Je bepaalt welke SNP-varianten van de genen op het genoom zitten. Tot nu toe kon je maar een beperkt aantal SNP’s bepalen. KeyGene is erin geslaagd grote aantallen SNP’s in een keer in beeld te brengen. Dat maakt de SNP-techniek sneller en goedkoper.”

Een andere techniek om het DNA van een plant in beeld te brengen, zit in het apparaatje op het bureau van Wittenberg. De techniek is ontwikkeld door het Britse bedrijf Oxford Nanopore Technologies (ONT). Deze techniek kan in korte tijd grote aantallen stukken DNA in beeld brengen. Waar het voorheen 2 dagen duurde om 100 DNA-fragmenten in kaart te brengen, zijn nu realtime meer dan 10 miljoen fragmenten af te lezen. En het is nauwkeuriger dan bestaande technieken.

Informatie over complex plantengenoom belangrijk bij veredeling

Deze technische ontwikkelingen zijn belangrijk voor de veredeling, zegt Wittenberg: “Het genoom van planten zit erg complex in elkaar. Het menselijke genoom bestaat uit 3 miljoen basenparen. De ui heeft er 16 miljoen. Vanwege de complexiteit van het DNA wil je dat de af te lezen DNA-fragmenten zo lang mogelijk zijn. Hoe langer de DNA-fragmenten, des te betrouwbaarder het genoom in kaart is te brengen.

Met de ONT-techniek heb je een klein en goedkoop apparaat dat grote stukken DNA realtime kan aflezen. Dit maakt zo’n techniek ook bereikbaar voor de kleine veredelaar die minder financiële middelen tot zijn beschikking heeft. En misschien maakt het in de toekomst het gebruik van merkers overbodig, omdat je het DNA nauwkeurig kunt aflezen en geen merkers nodig hebt om te bepalen of genen bij een kruising zijn overgegaan in de nakomelingen.”

Onderzoeker Alexander Wittenberg van KeyGene brengt DNA-materiaal in een apparaat dat het DNA kan aflezen. De technieken voor genetisch onderzoek worden steeds goedkoper, maar het vergt veel analyse om de enorme stroom aan gegevens goed te interpreteren.
Onderzoeker Alexander Wittenberg van KeyGene brengt DNA-materiaal in een apparaat dat het DNA kan aflezen. De technieken voor genetisch onderzoek worden steeds goedkoper, maar het vergt veel analyse om de enorme stroom aan gegevens goed te interpreteren.

Alleen het hebben van zo’n apparaat is echter niet voldoende om er iets mee te kunnen in de veredeling. De grote hoeveelheid data moet worden geanalyseerd. Dat doet KeyGene voor de veredelaar. Technieken als SNP-Select en ONT vallen niet onder de regels voor genetische modificatie. Want de veredelaar verandert niks aan het DNA, maar kan alleen veel sneller bepalen welke genen in het DNA zitten.

Het Europese Hof van Justitie bepaalde vorig jaar juli dat nieuwe gentechnieken als Crispr-Cas onder de huidige EU-regels vallen voor genetische modificatie. Daardoor blijft de toepassing van Crispr-Cas voor het ontwikkelen van nieuwe rassen erg duur. Door verbetering van bestaande SNP- en ONT-technieken en technieken voor het verkrijgen van natuurlijke mutaties, kunnen veredelaars toch beschikken over moderne methoden om hun veredeling te versnellen en te verbeteren. Omdat de ONT-techniek snel en nauwkeurig DNA kan lezen, is deze ook bruikbaar voor het opsporen van ziekten. Iedere ziekteverwekker heeft immers zijn eigen DNA. Wittenberg: “Het is goedkoper, sneller en nauwkeuriger dan de PCR-test en kan die op termijn vervangen.”

Wittenberg pakt het ONT-apparaatje van zijn bureau. “Bovendien is de nieuwste apparatuur zo handzaam dat die is mee te nemen in de kas of naar het veld.”

Of registreer je om te kunnen reageren.