Uw profiel is aangemaakt

U heeft een e-mail ontvangen met een activatielink. Vergeet niet binnen 24 uur uw profiel te activeren. Veel leesplezier!

De jacht op het 'Achilles-gen' is geopend/BIOTECHNOLOGIE

Home

ROB BUITER

Plantenveredeling was traditioneel een klus van rassen kruisen en dan maar hopen dat de goede eigenschappen in één gewas samenkomen. Wageningse onderzoekers hebben nu definitief het roer omgegooid: zij denken vooral nog in genen en DNA-sequenties van gewassen en hun ziekmakers. Dit jaar zal de geschiedenis in gaan als een goed jaar voor de schimmel phytophthora. Dankzij de overvloedige regen hadden akkerbouwers hun handen vol aan het bestrijden van deze verwekker van de aardappelziekte.

In Zuid-Amerika, het thuis-continent van de aardappel, is inmiddels een wild aardappelras gevonden dat niet vatbaar is voor de schimmel. Maar volgens Willem Stiekema, hoofd van de afdeling moleculaire biologie van het Centrum voor plantenveredelings- en reproductieonderzoek, CPRO-DLO in Wageningen, duurt het minstens tot 2025 voordat die eigenschap ook in onze productieaardappel te kruisen is.

“Te kruisen”, benadrukt Stiekema. “Kruisen, zaadjes verzamelen, planten, besmetten, selecteren, weer kruisen enzovoort. Maar binnen ons genomics-programma, zeg maar ons DNA-onderzoek aan planten en plantenziekten, moet dat allemaal een stuk sneller kunnen.”

Het is duidelijk: er heeft een frisse wind gewaaid door het Wageningse. De Landbouwuniversiteit heeft samen met de instituten van de Dienst landbouwkundig onderzoek het Wageningen universiteit en researchcentrum, kortweg Wageningen UR, gevormd. Dat vraagt dan ook om onderzoeksprogramma's met flitsende namen: 'Greenomics'. In de officiële publicaties staat er zelfs zo'n TM-symbooltje boven om aan te geven dat nu niet iedereen zijn genetisch onderzoek aan planten zomaar 'Greenomics' mag noemen.

Genomics, de verzamelnaam voor het ontrafelen van DNA en het analyseren van de functies van afzonderlijke genen, is niet nieuw. Het afgelopen decennium verschenen met enige regelmaat berichten dat bijvoorbeeld een gen voor aaltjesresistentie in bieten was gevonden, of dat een genetische merker was gemaakt die schimmelresistentie in uien kon opsporen. Onder andere het CPRO-DLO was daar nogal productief in.

“Wat nieuw is, is de schaal waarop we dit gaan doen”, zegt Willem Stiekema. “Wageningen UR investeert de komende drie jaar 8 miljoen gulden in ons onderzoek.” Wordt Greenomics dan de grote genen-jager in de plantenwereld, vergelijkbaar met het Amerikaanse TIGR van DNA-ondernemer Craig Venter die in vliegende vaart alle drie miljard genetische letters uit het menselijk genoom wil ontrafelen?

“Dat zal wel meevallen”, zegt Stiekema, wijzend op een grote grijze box van een meter breed en anderhalve meter hoog in zijn laboratorium. “Behalve een aantal oudere sequencers is dit momenteel onze enige high throughput sequencer. In een sequencer stop je kleine monstertjes DNA en na een paar uur rollen dan de C's, A's, G's en T's van het genetisch alfabet uit de computer. Het 'high throughput' zit hem in de bijzonder hoge capaciteit van deze machines. Met die investering van 8 miljoen zullen we in totaal vier van die nieuwe apparaten met hoge capaciteit kopen. Die Craig Venter heeft in Amerika een grote zaal afgeladen vol staan met dergelijke sequencers”, zo moet Stiekema met een spoortje jaloezie in zijn stem toegeven.

Met een korte rondleiding wil Stiekema wel een idee geven van wat in de toekomst het ideale onderzoekstraject van een veredelaar of een plantenziektekundige zal worden. De rondleiding blijkt gelukkig nog wel met de hele planten te beginnen. In kassen buiten het instituut staan onder andere lange rijen aardappelplanten. In één van de afdelingen zitten de blaadjes onder de witte, harige vlekken. “Phytophthora”, bevestigt Stiekema.

Een deur verder groeien wilde aardappels die van een expeditie in Zuid-Amerika zijn meegenomen. “Dat zijn de resistente varianten. Uit beide planten kunnen we met behulp van een speciale bacterie kleine stukjes DNA met een lengte van zo'n honderdduizend base-paren, de 'genetische letters', isoleren.”

Maar daarna blijkt de afdeling 'groen en zand onder de nagels' voorlopig dicht te kunnen. Met de stukjes DNA, die door de bacteriën zijn ingebouwd in hun eigen genetisch materiaal, verhuizen de onderzoekers naar steriele laboratoria om daar voorlopig niet meer uit te komen.

Stiekema: “Die bacteriën zetten we op kweek waardoor de stukjes aardappel-DNA die ze hebben opgenomen ook worden vermenigvuldigd. Met behulp van een moderne colony-picker stoppen we na een tijdje kweken de bacterie-koloniën één voor één in een apart buisje.”

“Vervolgens kunnen we bijvoorbeeld genetische merktekens loslaten op de bacteriën. Die merktekens hechten alleen aan bepaalde stukken DNA, bijvoorbeeld het stukje DNA waarvan we te weten zijn gekomen dat daar de code voor eventuele resistentie ligt. Het DNA waar de merkers aan hechten kunnen we dan met weer een andere robot isoleren en met de sequencer ontrafelen.”

Om eventuele onbekende stukjes DNA te identificeren is inmiddels ook een zogeheten 'Publiek domein' op Internet beschikbaar, waar onderzoekers een stuk CAGCCTAGCATTACG naartoe kunnen e-mailen. De computer vergelijkt dat dan met een enorme database waarin allemaal stukjes DNA beschreven staan die al eerder door anderen werden onderzocht.

De computer stuurt vervolgens een mailtje terug met het meest overeenkomende stuk DNA en zet daar dan meteen een percentage overeenkomst bij. Zo zou je een mailtje terug kunnen krijgen met 'Uw stukje DNA lijkt voor 98 procent op het gen voor schimmelresistentie in aardappels'.

Wanneer straks alle nieuwe apparaten operationeel zijn, verwacht Stiekema 1,5 miljoen DNA-bouwstenen per dag te kunnen ontrafelen. Maar met de 1 miljard bouwstenen die de aardappel rijk is heeft hij niet de illusie dat hij snel op de voorpagina van het vakblad Nature zal prijken met een complete genetisch ontrafelde aardappel. In theorie zouden in ruim 600 dagen alle genen kunnen worden gesequencet, maar de praktijk blijkt veel weerbarstiger. Al was het alleen maar omdat niet ieder stuk DNA 'nieuw' is en er dus veel dubbel werk moet worden gedaan.

“Maar van de zandraket, een veelgebruikte modelplant, zou je met deze capaciteit wel in twee jaar tijd in principe alle 100 miljoen base-paren op tafel kunnen hebben”, denkt Stiekema. Toch zeggen dergelijke records hem niet echt veel. “Neem nou de tulp. Die heeft ongeveer honderd keer zoveel base-paren in het genoom als de mens. De hoeveelheid DNA zegt dus niets over hoe 'slim' een organisme is of over hoe het in het leven staat. Uiteindelijk ben je vooral geïnteresseerd in de functieanalyse van al dat genetisch materiaal”, aldus Stiekema.

De Greenomics-onderzoekers kiezen bij de functie-analyse van genen twee benaderingen: via de plant en via de ziekmakers. “Aan de ene kant probeer je genetische ziekteresistentie in een plant te bouwen, zoals we dat nu proberen bij de aardappel. Maar aan de andere kant kijken we ook naar het genoom van, in dit geval, de schimmel. Kunnen we daar bijvoorbeeld een genetische achilles-hiel vinden waar we met een heel specifiek, liefst milieuvriendelijk bestrijdingsmiddel op in kunnen spelen.”

Stiekema lijkt zijn voorbeelden heel bewust te kiezen. Want wie wil er nou geen milieuvriendelijk design-bestrijdingsmiddel, dat met behulp van genomics kon worden ontworpen? Maar die omstreden sojabonen die resistent zijn gemaakt tegen dat ene, potente onkruidbestrijdingsmiddel, dat is toch ook een schoolvoorbeeld van genomics?

“Genetische modificatie kan inderdaad heel gevoelig liggen”, beaamt de onderzoeker. Maar tegelijk spreekt hij groot vertrouwen uit in de Nederlandse Commissie genetische modificatie, Cogem, die zich met name over de maatschappelijke kosten en baten van dit gesleutel moet uitspreken.

Wat in Wageningen overheerst is de wil om met Greenomics een leidende marktpositie in te nemen in het genetisch onderzoek aan planten. Tegelijk hoopt de universiteit natuurlijk ook dat dergelijk goed in de markt liggend onderzoek kan helpen om de dalende studentenaantallen te keren.

Deel dit artikel