De beschikbaarheid van verbeterd plantgoed voor boeren wordt belemmerd door lange wachttijden omdat veredelingsprocessen over het algemeen langdurig zijn. Naarmate de wereldbevolking blijft toenemen, neemt de behoefte aan een voedselveilige planeet nog meer toe. Een gen-editing systeem zou de ontwikkeling van planten met een verhoogd aanpassingsvermogen helpen versnellen.
De beschikbaarheid van verbeterd plantgoed voor boeren wordt belemmerd door lange wachttijden omdat veredelingsprocessen over het algemeen langdurig zijn. Naarmate de wereldbevolking blijft toenemen, neemt de behoefte aan een voedselveilige planeet nog meer toe. Een gen-editing systeem zou de ontwikkeling van planten met een verhoogd aanpassingsvermogen helpen versnellen.
Ik ben opgegroeid in een rustig stadje aan de oever van een meer, waar de plaatselijke gemeenschap voor haar levensonderhoud sterk afhankelijk was van de visserij. Als gevolg daarvan werd er niet veel aan landbouw gedaan. Maar we weten allemaal dat vis bij een zetmeelproduct hoort, namelijk ugali (soort stijve maïspap). Om daarin te voorzien, kwamen in mijn geboorteplaats akkertjes voor bezaaid met maïs, zoete aardappelen en maniokstruiken. Of en wanneer het regende, hadden we overvloedig maïsmeel en zoete aardappelen. In het geval van droogte, konden we op cassave (maniok) terugvallen. Dit alles werd gekweekt, zij het op levensonderhoudend niveau.
In mijn geboortestreek (West-Kenia), wordt cassave beschouwd als een voedselzekerheidsgewas, omdat het het hele jaar door kan worden geteeld en bestand is tegen strenge klimaten. Toen ik opgroeide, dacht ik dat het slechts een reservegewas voor de streek was. Ik vernam echter dat het zelfs buiten onze grenzen en over het hele Afrikaanse continent steeds meer in trek is. Dit is te danken aan zijn landbouwkundige persistentie en zijn capaciteit om groeiende bevolkingen te voeden. Ondanks het immense potentieel wordt cassave nog steeds geconfronteerd met grote uitdagingen zoals plagen en ziekten, waardoor de productiviteit vermindert. Bovendien is het planten van maïs in mijn streek geen uitdaging geweest, omdat zaden van verschillende variëteiten gemakkelijk verkrijgbaar zijn, wat niet het geval is voor maniok.
In de loop der jaren zijn gewassen veredeld om hun aanpassingsvermogen aan verschillende milieufactoren te vergroten. De conventionele veredeling van cassave wordt echter bemoeilijkt door, onder meer, de verlengde juveniele fase, waardoor het te lang duurt voordat de plant geslachtsrijp is. De bloei van cassave is ook niet gesynchroniseerd, omdat de vrouwelijke bloemen zich ontwikkelen en rijpen lang voordat de mannelijke bloemen verschijnen. Wegens de afwezigheid van voortplantingscellen wanneer ze nodig zijn wordt het veredelingsproces bemoeilijkt en de verbetering belemmert van variëteiten waaraan de landbouwer de voorkeur geeft. De wedren tegen honger in een wereld waar het klimaat in het gedrang is, maakt het noodzakelijk om biotechnologie in te zetten als hulpmiddel bij de veredeling. Hiermee zullen de lange turnoverperioden die bij de conventionele kweekvormen worden ervaren met meer dan 90% verminderen.
Studies hebben de genen aan het licht gebracht die verantwoordelijk zijn voor de bloei in cassave en hebben bevestigd dat zij gemanipuleerd kunnen worden bloeiversnelling te bekomen, hoofdzakelijk door overexpressie van de bloei-bevorderende genen. Een andere benadering zou zijn de antagonistische genen die de bloei belemmeren te inactiveren.
Meer studies in het recente verleden hebben geleid tot een explosie aan genetische en genomische informatie, maar deze vooruitgang moet nog een grote impact hebben. Innovatie in de plantenveredeling is dus van nooit eerder gezien belang geworden. Het gebruik van genetische markers heeft de selectie van gewasrassen met gewenste agronomische eigenschappen mogelijk gemaakt. Dankzij genomische selectie hebben enerzijds veredelaars genen-brede analyses van de verschillende gewassen kunnen uitvoeren en zo verschillende veredelingswaarden kunnen verbeteren.
Anderzijds heeft genetische manipulatie een revolutie teweeggebracht in de gewasveredeling door eenvoudige, maar veelzijdige, methoden ter beschikking te stellen om de gewenste eigenschappen in gewassen te implementeren. Dit technologisch model heeft echter veel nadelen wat de regelgeving betreft.
In onderzoeksverslagen kwam ik onlangs een gen-editing-tool tegen die bekend staat als CRISPR/Cas9. Het heeft een sleutelrol gespeeld in het versnellen van de veredeling van verschillende gewassen zoals aardbessen, rijst, maïs en tarwe door specifieke gebieden van het gen te veranderen. Dit heeft een versnelde domesticatie mogelijk gemaakt en tolerantie tegen koude, ziekteresistentie en glutenvrije eigenschappen in deze gewassen geïntroduceerd. Het CRISPR/Cas9-systeem werkt op een "knip-en-plak"-manier en kan worden vergeleken met een moleculaire schaar. Een nauwe CRISPR verwant, de mutatieveredeling, waarbij zaden worden blootgesteld aan een chemische stof of straling om een nieuwe variant te produceren, is in de loop der jaren gebruikt om gewassen met verbeterde eigenschappen te genereren.
In tegenstelling tot CRISPR veroorzaakt deze techniek willekeurige, maar niet gereguleerde, veranderingen in het gen. Daarom is het selectieproces om planten met gewenste eigenschappen te bekomen moeizaam en tijdrovend. Met het CRISPR-systeem is het potentieel mogelijk om binnen een jaar weerbare planten te genereren. De precisie waarmee deze technologie genetische veranderingen induceert, zou de aanwinst van eigenschappen zoals droogte- en zouttolerantie kunnen versnellen, die anders tientallen jaren vereisen om op natuurlijke wijze te ontstaan.
In het algemeen berust de plantenveredeling op genetische variabiliteit binnen de gewassen en hun verwanten als basis voor de ontwikkeling van nieuwe plantenvariëteiten met verbeterde eigenschappen. Voortbouwen op de hedendaagse kennis over plantenbiologie en genetica die boeren vroeger niet hadden en gebruik maken van een snel uitbreidende toolbox die gesofisticeerde genomische en analytische benaderingen omvat, kan helpen om veredelingsproblemen aan te pakken. Gen-editing zou bijgevolg een voorbeeldig instrument in de plantenveredeling zijn.
Deze blog is het resultaat van de opleiding "Speaking Science", een initiatief van het IPBO (International Plant Biotechnology Outreach) en het Vlaams Instituut voor Biotechnologie (VIB). Deze organisaties bevordert wetenschappelijke ontwikkeling en technologie-uitwisseling, ontwikkelt onderwijs- en capaciteitsopbouwprogramma's en ondersteunt samenwerkingen tussen België en Afrika.
Vertaling: Carry Heijde
Eindredactie: Martine De Cock
