Van een eenjarige plant een meerjarige maken. Wil de boer dat?

Rejuvenator, noemt Remko Offringa hem; de verjonger. Het is een gen dat planten terug kan brengen naar een vroegere levensfase. En de Leidse hoogleraar plantengenetica en zijn medewerkers hebben nu ontdekt dat dit gen ook het verschil kan maken tussen eenjarige en meerjarige gewassen. De groep van Offringa in Leiden doet veel onderzoek naar de overgangen in een plantenleven. “Een plant gaat van embryo naar zaailing, naar volwassen plant en dan naar de fase van reproductie. Een van de vragen die wij hadden was of het mogelijk is om van zaailing terug te gaan naar de embryonale fase.”

Het moet mens en dier als een onmogelijkheid in de oren klinken. En dat is het ook. Mensen en dieren moeten leven met vele biologische beperkingen. Maar in de plantenwereld is dat anders. Je kunt het zo gek niet bedenken of het komt in de plantenwereld voor. Ook de verjonging van zaailing naar embryo. Offringa: “Met dit gen kan dat. Dat hebben we in het lab gedaan met onze modelplant Arabidopsis thaliana, ofwel de zandraket. En toen promotieonderzoeker Omid Karami die verjongde planten liet groeien, bleken ze heel lang in leven­­ te blijven. Het werkt dus.”

Uit vervolgonderzoek, dat nu is gepubliceerd in vakblad Nature Plants, bleek dat het gen, dat officieel AHL15 heet, ook een sleutelrol speelt in de verdere ontwikkeling van de plant. Basis voor de groei van planten zijn meristemen, groepen van stamcellen die onder meer voorkomen in de groeitop van de plant en in de bladoksels. Die stamcellen kunnen verschillende kanten op: ze kunnen stengels met nieuwe bladeren voortbrengen, maar ook stengels met bloemen.

Sterven na de bloei

Bij eenjarige planten kiezen de meristemen in de bladoksels vooral de laatste weg: stengels met bloemen. Een strategische keuze, zegt Offringa: “De plant kan kiezen voor een lang leven, door niet alle meristemen meteen bloem te laten worden, of voor een snelle reproductie. Dat laatste kan een voordeel zijn in moeilijke leefomstandigheden. Maar de prijs is wel dat de plant na de bloei sterft.”

Planten die niet kiezen voor snelle reproductie en dood, zetten hun verjongingsgen AHL15 aan, liet de onderzoeksgroep van Offringa zien. Daardoor worden de stamcellen van het meristeem in vegetatieve staat gehouden. De keuze om reproductief te worden, wordt eigenlijk uitgesteld. Beheersing van het verjongingsgen kan interessante toepassingen opleveren. Denk aan slasoorten, zegt Offringa, waarin je bloemvorming wilt voorkomen. Of aan sierplanten die worden vermeerderd door ze te stekken. Stekken kan alleen in de vegetatieve fase, en AHL15 kan de plant in die fase houden.

Maar hier lonkt ook de mogelijkheid om van eenjarige gewassen meerjarige te maken. In theorie kan dat een enorme verandering zijn. Tarwe, rijst, mais en vele andere groenten zijn eenjarige gewassen. Eenjarigen voorzien in meer dan de helft van de caloriebehoefte van de wereldbevolking. Als die gewassen niet na elke oogst opnieuw gezaaid hoeven worden, maar na de bloei verder leven, kan dat de wereldvoedselproductie helpen. In theorie. Want hier lopen de meningen uiteen.

Klimaatverandering

Het voordeel van meerjarigen is niet zo duidelijk, zegt Martin Kropff, de (Nederlandse) directeur van de mondiale kennisinstelling voor mais en tarwe (CIMMYT) in Mexico-Stad. Om de groeiende wereldbevolking te voeden moeten we de beschikbare landbouwgronden efficiënt­­ gebruiken, zegt Kropff. “Dan moet je de vegetatieve fase van de plant niet verlengen, maar juist verkorten, zodat je meerdere keren per jaar gewassen in rotatie kunt zaaien en oogsten. In de tropen liefst drie keer per jaar.” Klimaatverandering maakt het alleen maar belangrijker de groeiperiode te verkorten; hoe langer het gewas op het land staat, hoe groter de kans op warmtestress waardoor de opbrengst erg laag wordt, aldus Kropff.

Er zijn varianten rijst bekend die na de bloei weer uitlopen. Maar hun opbrengsten vallen tegen. Meerjarige tarwevarianten zijn er ook. Het CIMMYT heeft ze getest, maar het graan bleek geen jaren stand te houden, zegt programmaleider Hans-Joachim Braun. Bovendien is er een gerede kans dat meerjarige granen gevoeliger zijn voor ziekten, zoals roest in tarwe, omdat de ziekteverwekkers in meerjarigen beter kunnen overleven. Op goede landbouwgronden, waar nu juist jaarlijks gewassen worden gewisseld om opbrengsten te verhogen en ziektes tegen te gaan, zijn meerjarigen geen goede optie, zegt Braun.

Tegelijk is er een heel onderzoeksinstituut gewijd aan de ontwikkeling van meerjarige granen: het Land Institute in de Amerikaanse staat Kansas. De onderzoekers hameren al vele jaren­­ op de voordelen van meerjarige granen.

Minder bestrijdingsmiddelen

Meerjarige granen ontwikkelen meer blad en kunnen daardoor meer zonlicht en CO2 omzetten in bruikbaar plantaardig materiaal. Ze wortelen dieper en benutten een groter deel van het regenwater dan eenjarigen. En met die langere wortels beschermen meerjarigen de bodem tegen erosie. Bovendien zouden ze minder mest en bestrijdingsmiddelen nodig hebben.

Dat meerjarige granen ooit dezelfde opbrengst zullen hebben als eenjarigen is een illusie, zeggen ook de onderzoekers van het Land Institute. Zoals Offringa al zei: de plant kiest tussen langer leven of snel voortplanten en sterven. Langer leven betekent investeren in blad- en wortelgroei, en gaat dus ten koste van zaadopbrengst, waar de eenjarige juist alles op inzet.

Watertekort en erosie

Op goede landbouwgronden is meerjarig graan dus in het nadeel. Maar goede landbouwgronden zijn maar een derde van het mondiale areaal. De andere twee derde zijn marginale gronden, bijvoorbeeld door watertekort of erosie. Op die marginale gronden kunnen meerjarige granen een optie zijn, omdat ze water beter benutten en erosie tegengaan.

Maar dan moet dat meerjarige graan ook aantrekkelijk zijn voor de boer. Het Land Institute kijkt daarvoor naar de verdeling van wilde en meerjarige varianten, bijvoorbeeld van tarwe. In een artikel dat deze maand werd gepubliceerd in vakblad Trends in Plant Science, spreken zijn onderzoekers de hoop uit dat gerichte genetische verandering wilde tarwerassen aantrekkelijk maakt voor de boer.

Nu is het gat nog te groot. Wilde tarwerassen leveren een opbrengst die vijf keer kleiner is dan die van gedomesticeerde, eenjarige tarwe. En de graankorrels zijn vier keer zo klein. Dat moet je veranderen. En gelukkig, betogen de onderzoekers, is het aantal betrokken genen te overzien. Dus met gerichte genetische verbetering kan dat, zonder dat het graan zijn meerjarigheid verliest.

Haalbaarheid in het veld

Hans-Joachim Braun, van het CIMMYT, erkent dat meerjarige tarwe een optie kan zijn op marginale gronden die door erosie worden bedreigd. Maar, zegt hij, probeer dan niet wilde, meerjarige varianten zo productief te maken als gedomesticeerde tarwe, maar breng de genetische eigenschappen voor meerjarigheid in de productieve tarwerassen die we al hebben. Waarmee we terug zijn in Leiden. Want dat is precies de deur die de onderzoeksgroep van Offringa opent met de ontdekking van de cruciale rol van verjonger AHL15.

Of die ooit zijn weg zal vinden naar de grote voedingsgewassen is de vraag. Offringa is bezig met vervolgonderzoek, maar de toekomst hangt niet alleen af van de uitkomsten van nieuwe experimenten, maar ook van de haalbaarheid in het veld, én van de bereidheid van grote zaadbedrijven om in deze ontwikkeling te investeren. Ze staan nog niet te trappelen; de overstap op meerjarig graan zal hun verkoop van eenjarig zaad drukken.

Lees ook:

De wereld is geen kastomaat

De CO2 die de mens in de natuur brengt, is voer voor planten. Die gaan dus harder groeien. Of toch niet?