Op dit moment gaan plantenveredelaars eerst op zoek naar eigenschappen die zij in hun nieuwe gewas zouden willen stoppen. Planten die de gewenste eigenschappen bezitten, worden geselecteerd en net zo lang doorgekweekt totdat zij homozygoot zijn. Dat betekent dat er twee identieke kopieën aanwezig zijn van het gen dat codeert voor zo’n eigenschap. Zulke homozygote planten vormen de ouderlijnen. Die ouderlijnen worden vervolgens met elkaar gekruist om een heterozygote hybride plant te maken. Zo’n heterozygote nakomeling draagt twee verschillende kopieën van elk gen en geeft, waarschijnlijk door die variatie, vaak een veel betere opbrengst dan de ouderplanten. Vandaar dat eigenlijk alle bestaande voedselgewassen hybride planten zijn.
Ouderplanten maken
Als een plantenveredelaar een mooie heterozygote plant in handen krijgt, maar de ouders zijn niet bekend, dan kan hij daar eigenlijk niks mee. Bioloog Erik Wijnker legt uit: “Zo’n heterozygote plant kun je wel klonen, maar dan heb je nog geen product. Je gaat niet voortdurend allerlei gekloonde plantjes de wereld overvliegen. Wat je dus eigenlijk wilt is zaad maken, maar om dat voor elkaar te krijgen moet je toch echt twee planten kruisen. Wat je dan kunt doen is de heterozygote plant gaan intelen. Dat betekent dat je er net zo lang mee gaat kweken totdat er homozygote planten overblijven. Die homozygote planten kun je dan weer kruisen in de hoop dat je de heterozygote plant weer terug krijgt. Dat intelen kan wel acht tot tien jaar duren en bovendien is het niet zeker dat je vanuit de homozygote planten uiteindelijk weer de gewenste hybride kunt maken. Vandaar dat plantenveredelaars dat eigenlijk nooit doen.”
Toch zou het volgens Wijnker wel veel logischer zijn om veredeling te beginnen met een mooie plant en van daaruit verder te werken. “Door eerst allerlei planten te kruisen, zonder daarbij rekening te houden met hun afkomst, maak je gebruik van de natuurlijke variatie. Bovendien is het veel makkelijker om heterozygote nakomelingen op gunstige eigenschappen te selecteren dan dat je dat al bij de ouderplanten moet doen.” Wijnker heeft nu een methode ontwikkeld waarmee het mogelijk wordt de ouderplanten van een interessante heterozygoot later pas te maken, zodat de hybride plant altijd opnieuw gekweekt kan worden. Die methode – reverse breeding genaamd – beschreef de bioloog pasgeleden in het blad Nature Genetics.
Complete plant uit één geslachtscel
De basis van reverse breeding zit hem in het handig gebruik maken en sturen van de geslachtscellen van de plant. Stel, een hybride plant draagt de genetische informatie XxYy. Normaal gesproken zouden er in de geslachtscellen van die plant door recombinatie chromosomen ontstaan met de combinaties XY, Xy, xY en xy. Wijnker en collega’s slaagden erin om het gen dat verantwoordelijk is voor recombinatie tijdens de vorming van geslachtscellen te onderdrukken met behulp van RNA-interferentie. Daardoor ontstonden in de geslachtscellen niet alle vier de mogelijke combinaties, maar alleen de oorspronkelijke combinaties XY en xy.
Uit een enkele geslachtscel wisten zij vervolgens een complete plant te laten groeien. Onder bepaalde omstandigheden kunnen planten namelijk hun chromosomen verdubbelen terwijl de geslachtscel verder hetzelfde blijft. In de eerder genoemde voorbeeldplant krijg je dan dus cellen met de combinaties XXYY en xxyy. En laten dat nou precies de homozygote ouderplanten zijn die je nodig hebt om de oorspronkelijke hybride plant XxYy te kunnen kruisen.
Beginpunt
Wijnker: “Dat reverse breeding in de modelplant zandraket werkt, heeft bij veel plantenveredelaars de ogen geopend. Toen ik een aantal jaren geleden met mijn onderzoek begon was een veelgehoorde reactie ‘stop er maar mee, dat gaat toch nooit werken’. Nu zien ze dat het wel degelijk kan.” Maar dat betekent nog niet dat iedere plantenveredelaar vanaf volgend jaar lukraak aan het kruisen slaat, op zoek naar mooie hybride planten. “Veredelaars vertrouwen heel erg op hun ouderlijnen. Daarmee maken ze uiteindelijk hun eindproduct, dus dat is hun belangrijkste bezit. Onze studie geeft een indicatie dat reverse breeding in principe mogelijk is, en dat je veredeling dus anders kunt benaderen. Of veredelaars dat ook gaan doen, zal de tijd uitwijzen. Dit is pas het beginpunt”, aldus Wijnker.
In de komende jaren gaat hij samen met plantenveredelingsbedrijf Rijk Zwaan aan de slag om de techniek over te zetten naar gewassen die niet zoveel chromosomen hebben. Dat zijn bijvoorbeeld planten als komkommer, ui, broccoli, suikerriet, maïs, meloen, tomaat, peper en rijst. Wijnker denkt dat het binnen een of twee jaar wel moet lukken om reverse breeding in zulke planten toe te passen. Bij gewassen met meer chromosomen, zoals soja, aardappel en tarwe, zal dat een stuk lastiger worden en misschien wel helemaal niet lukken. Of en wanneer de hele plantenveredelingswereld omgekeerd te werk gaat, is dus nog even afwachten.
Bron
Erik Wijnker e.a. Reverse breeding in Arabidopsis thaliana generates homozygous parental lines from a heterozygous plant Nature Genetics, 11 maart 2012 (online)