Sneller nieuwe aardappelrassen door zelfbevruchting

In de toekomst krijgen we sneller nieuwe aardappelrassen met gunstige eigenschappen. Wageningse en Chinese wetenschappers ontdekten een zelfbevruchtingsgen in de aardappelplant dat het veredelingsproces versnelt.

Wat eten we vanavond? Hutspot, boerenkoolstamppot, puree of toch maar een patatje? Sinds de aardappel in de zestiende eeuw vanuit Zuid-Amerika meekwam naar Europa, is hij niet meer weg te denken uit de Nederlandse keuken. In de afgelopen honderden jaren probeerden telers de aardappel te verbeteren en creëerden ze nieuwe rassen. Helaas is dat een tijdrovende klus: het duurt zo’n vijftien jaar om een nieuw ras te ontwikkelen en op de markt te brengen. Wageningse en Chinese wetenschappers ontdekten tegelijkertijd een manier om dit proces te versnellen. Ze publiceerden beiden hun bevindingen in het wetenschappelijke tijdschrift Nature Communications.

Bij zelfbestuiving komen stuifmeelkorrels, waarin de zaadcellen zich bevinden, op het vrouwelijke geslachtsorgaan (de stamper) van dezelfde bloem. Via de pollenbuis verplaatst de zaadcel zich naar de eicel, waarna bevruchting plaatsvindt.

DNA opschonen

Beide onderzoeksgroepen ontdekten een speciaal gen in aardappelplanten dat ervoor zorgt dat de planten zichzelf bevruchten, iets wat die aardappelplanten normaal niet kunnen. Een plant die zichzelf bevrucht, schoont zijn DNA op, waardoor hij uiteindelijk precies die eigenschappen krijgt die de veredelaar en de boeren graag zien. Door het zelfbevruchtingsgen (het zogenoemde Sli-gen) te stimuleren in aardappelplanten versnelt de teelt zodanig dat een nieuw ras straks niet in vijftien, maar in vijf jaar op de markt komt.

Het zelfbevruchtingsgen blijkt van nature aanwezig in vrijwel alle aardappelplanten, maar staat in de meeste gevallen uit. Door een natuurlijke mutatie in het DNA is het gen in enkele planten aangeschakeld, waardoor die planten zichzelf bevruchten. “Zodra pollen van een aardappelplant op het eigen vrouwelijke weefsel (de stijl) terechtkomen, laat de aardappelplant normaal gesproken een soort gif los waardoor de zaadcel de eicel niet bereikt,” vertelt Ernst-Jan Eggers, eerste auteur van de publicatie en promovendus bij de Universiteit van Wageningen. “Het zelfbevruchtingsgen werkt als een soort tegengif, maar dan moet het wel aan staan natuurlijk.” Dat actieve gen voegden de onderzoekers toe aan nieuwe aardappelplanten door een aardappelplant met het actieve zelfbevruchtingsgen te kruisen met een aardappelplant die goede eigenschappen heeft, bijvoorbeeld een hoge opbrengst. Zo ontstaat een plant met gunstige eigenschappen die zichzelf kan bevruchten.

Dat de Wageningse en Chinese wetenschappers tegelijk hetzelfde zelfbevruchtingsgen onderzochten was toeval. In plaats van met elkaar te wedijveren, besloten ze te overleggen. “Toen we ontdekten dat de Chinese onderzoeksgroep ook aan het zelfbevruchtingsgen werkte, hebben we telefonisch contact gehad en informatie uitgewisseld,” vertelt Eggers. Uiteindelijk resulteerde dit in twee publicaties in dezelfde editie van het wetenschappelijke tijdschrift. Dat ze nu de eer van de ontdekking moeten delen, vindt Eggers niet erg: “Juist het feit dat twee onafhankelijke groepen hetzelfde ontdekken, maakt de resultaten extra sterk.”

Zelfbevruchting = zelfmoord?

Het feit dat sommige planten in de natuur niet aan zelfbevruchting doen heeft misschien een reden. Zelfbevruchting is een vorm van inteelt waarbij er weinig variatie in het DNA bestaat. In de evolutie overleven diegene met het beste aanpassingsvermogen: oude eigenschappen verdwijnen en nieuwe komen ervoor in de plaats. Daar is een scala van genen voor nodig; bij een gebrek aan genetische variatie, is nieuwe eigenschappen ontwikkelen een lastigere klus. Best kans dus dat sommige plantensoorten in de natuur om precies die reden inteelt door zelfbevruchting actief tegengaan.

Waarom hebben sommige planten, zoals aubergine, tomaat en paprika, dan toch de mogelijkheid om zichzelf te bevruchten? Dat komt omdat zelfbevruchting wel degelijk voordelen heeft in gebieden waar weinig soortgenoten voorkomen. Daar is de kans op kruisbestuiving laag en is zelfbevruchting juist een goede overlevingsstrategie.

Versimpeld genoom

Aaltjes dringen via de wortel de aardappelplant binnen en eten de voedingsstoffen van de plant op. Deze minuscule wormpjes zijn verantwoordelijk voor een groot verlies in aardappeloogst.
Jan van Arkel

Zowel de Wageningse als Chinese onderzoekers werkten met een aardappel met een versimpeld genoom. Het DNA van de aardappel die boeren op dit moment gebruiken is namelijk erg complex. Waar mensen van ieder gen twee kopieën hebben (een van de vader en een van de moeder), hebben aardappelen er vier. Dat maakt de uitkomst van een kruising enorm onvoorspelbaar. “Na een kruising moeten telers 100 duizenden nakomelingen bestuderen. Daarvan gooien ze direct 95 procent weg, omdat die niet de gewenste eigenschappen hebben,” aldus Eggers. Aardappelplanten met een versimpeld genoom hebben slechts twee kopieën van ieder gen, net als mensen. Daardoor zijn ze eenvoudiger te kruisen.

Van een plant met goede eigenschappen schonen veredelaars het genetisch materiaal net zo lang op door zelfbevruchting totdat het DNA van die plant homozygoot is. Dat betekent dat de plant twee identieke kopieën van een gen in een chromosomenpaar heeft. Een van die twee kopieën geeft de plant door aan zijn nakomeling. Wanneer beide genen identiek zijn, weten telers dus precies welke eigenschappen de nakomelingen krijgen. Zulke homozygote planten noemen ze ouderlijnen. Die geven veredelaars later weer een ‘upgrade’, bijvoorbeeld door genen erin te kruisen waardoor de plant zich beter weert tegen aaltjes of virussen, of beter groeit op droge grond bij hoge temperatuur.

Goed boeren?

Uitgelicht door de redactie

‘Zoom fatigue’: bekaf na je online meeting

Geesteswetenschappen
Oproep: Hoe waardevol is jouw online vriendschap?

Zes vragen over vaccinatie van kinderen

Het Wageningse veredelingsbedrijf Solynta, waar Eggers ook werkzaam is, hoopt met de zelfbevruchintgsmethode binnen enkele jaren nieuwe aardappelrassen op de markt te brengen. Goed nieuws voor de boeren dus. Toch houden veel boeren en telers vast aan de aardappelen met het complexe DNA. Dat komt deels omdat die aardappelen van oudsher gebruikt worden en de hele teelt ingericht is op die aardappel, denk Eggers. De aardappelplanten met een versimpeld genoom kregen in het verleden minder aandacht en werden niet veredeld, onder andere omdat ze minder opbrengst zouden hebben. “Ondertussen is het wel duidelijk dat de opbrengst van die aardappelen ook goed is,” aldus Eggers.

Er zijn meer redenen waarom boeren niet direct warmlopen van snelle veredeling en nieuwe rassen. Zo is aardappelboer Wim A’Campo uit het Limburgse Brunssum bang dat de smaak van de aardappelen anders is: “Wij telen al meer dan vijftig jaar dezelfde aardappel waarvan we friet maken die we lokaal verkopen. Klanten kopen onze friet omdat ze die lekker vinden en ze laten ons ook direct weten wanneer de friet minder lekker is. Zo was de smaak bijvoorbeeld een keer beïnvloed doordat we een stuk land te veel hadden bemest. Ik zou dus niet snel voor een nieuw aardappelras kiezen, omdat die zeer waarschijnlijk anders smaakt.” Wel vermoedt de aardappelboer dat zijn collega’s die aardappelen telen voor andere doeleinden er anders tegenaan kijken.

Het meeste profijt is volgens Eggers in eerste instantie te behalen buiten Nederland, in landen zoals Afrika. “De aardappelkwaliteit en opbrengst zijn daar laag,” zegt Eggers. “Onze aardappel zou een goed alternatief zijn.” Hoe goed de Wageningse aardappel groeit en hoe hoog de opbrengst precies is, testen de wetenschappers nu in verschillende landen in Afrika en Europa. “De komende jaren groeien we onze aardappelen daar op proefvelden naast bekende aardappelrassen. Daaruit moet blijken of onze aardappel kan concurreren met de huidige commerciële aardappel”.

Bronnen

Dit artikel is een publicatie van NEMO Kennislink, en hoort bij het thema Voedsel produceren op Biotechnologie.nl.
© NEMO Kennislink, sommige rechten voorbehouden