Reverse breeding nieuw perspectief voor plantenveredeling

[Guest elmanito]

Onderzoekers van Wageningen University, onderdeel van Wageningen UR, van het Nederlandse plantenveredelingsbedrijf Rijk Zwaan en van de Universiteit van Davis, California, publiceren op 11 maart 2012 in Nature Genetics een nieuwe techniek die tot grote veranderingen in de plantenveredeling kan gaan leiden. Bij deze techniek, die ‘reverse breeding’ wordt genoemd, kunnen veredelaars na de vondst van een uitzonderlijke goede plant, de bijbehorende ouders erbij zoeken. Dat is precies omgekeerd ten opzichte van hun huidige manier van werken, waarbij veredelaars veelal nieuwe rassen ontwikkelen door ouders te kruisen waarvan ze verwachten dat ze goed presterende nakomelingen leveren. ‘Reverse breeding’ levert plantenveredelaars nieuwe mogelijkheden voor het ontwikkelen van rassen en voor het besparen van kosten.

 

Van veel voedselgewassen worden zogenaamde “hybride” rassen geteeld. Hybride rassen zijn planten met DNA waarin van de meeste genen verschillende vormen aanwezig zijn, ze zijn ‘heterozygoot’. Als die situatie weergegeven wordt in letters die voor genen staan, is het DNA van zo’n plant bijvoorbeeld AaBbCcDd. Deze hybride planten hebben de verschillende versies van de genen gekregen doordat ze een kruising zijn van twee homozygote ouders: planten die juist van zowat alle genen slechts één versie in tweevoud hebben. Zo leidt de kruising van de homozygote ouders AAbbCCdd met aaBBccDD tot nakomelingen die qua genen allemaal AaBbCcDd hebben. Een gewas dat uit dergelijke planten bestaat, is homogeen doordat alle planten dezelfde erfelijke eigenschappen hebben. Het gewas produceert ook nog eens extra goed, doordat de planten van alle genen twee verschillende versies hebben. Dat is namelijk een genetisch voordeel. Goede “hybride” rassen worden daarom ontwikkeld door het kiezen van de juiste combinatie van homozygote ouder-planten.

 

Als een plantenveredelaar uitzonderlijk goed producerende plant vindt met heterozygoot DNA, zoals FfGgHhKk, kan hij de plant alleen vermeerderen door óf te stekken, of de ouders te kruisen. Maar dan moet hij die ouders wel hebben. Als de veredelaar wel de FfGgHhKk plant heeft, maar niet de bijbehorende ouders, kan hij alleen het dure stekken gebruiken. Daarom bedachten de onderzoekers een techniek waarmee een plantenveredelaar de ouders van de FfGgHhKk naderhand erbij kan zoeken. Die noemden ze ‘reverse breeding’.

 

Dankzij de ‘reverse breeding’ valt de noodzaak weg om éérst de geschikte homozygote ouders in handen te hebben. En juist daarin ligt de verwachte kracht van ‘reverse breeding’: Een veredelaar zou een aantal interessante (bijvoorbeeld heterozygote planten) planten, met verschillende interessante eigenschappen kunnen kiezen en deze onderling kruisen. Daarbij maak je je totaal geen zorgen meer over de afstamming, en laat je de natuur zijn werk doen: het genereren van variatie in de nakomelingen. De veredelaar zou vervolgens simpelweg de meest interessante planten kunnen selecteren, en daarvoor nieuwe ouders maken. Veredelaars kunnen dus veel beter gebruik maken van de natuurlijke variatie die er in potentie in gewassen aanwezig is, maar die nu vaak niet ten volle gebruikt wordt, omdat veredelaars nu niet met dergelijk complex DNA uit de voeten kunnen.

 

Het onderzoek dat in Nature Genetics gepubliceerd is, laat zien dat het mogelijk is om de ‘reverse breeding’ techniek toe te passen bij de zandraket (Arabidopsis thaliana). De zandraket is een plantje dat door veel onderzoekers wordt gebruikt en familie is van onder andere bloemkool en broccoli. De techniek is in principe ook toepasbaar op de meeste belangrijke voedselgewassen.

 

De basis van de ‘reverse breeding’ techniek zit in het handig gebruik maken en sturen van de vorming van geslachtscellen van planten: de eicellen en het stuifmeel. In iedere geslachtscel zit van alle chromosomen slechts de helft van het standaard aantal exemplaren. Na de bestuiving komen de chromosomen van de vader en de moederplant bij elkaar. Zo kan er een plant uitgroeien met het gewone aantal chromosomen.

 

Normaalgesproken worden de genen van een plant bij de vorming van de geslachtscellen door elkaar gehusseld, ‘gerecombineerd’. De twee bij elkaar horende chromosomen wisselen DNA met elkaar uit, waarna het ene chromosoom in de ene geslachtscel en het andere chromosoom in de andere geslachtscel terecht komt. Door de recombinatie ontstaan er miljoenen geslachtscellen met allemaal verschillende combinaties van genen. Als twee planten met elkaar kruist, wordt een unieke mannelijke geslachtscel met een unieke vrouwelijke geslachtscel gecombineerd, waardoor een unieke nieuwe plant ontstaat.

 

De onderzoekers sturen de vorming van de geslachtscellen nu zó, dat de chromosomen geen DNA met elkaar uitwisselen. De chromosomen komen daardoor allemaal in de originele samenstelling in de geslachtscellen terecht. Daardoor ontstaat er slechts een beperkt aantal verschillende geslachtscellen. Een plant met 1 setje chromosomen krijgt maar twee verschillende geslachtscellen, een plant met twee chromosomen vier verschillende en zo verder.

 

De onderzoekers laten planten groeien uit dergelijke geslachtscellen van een uitzonderlijk goede plant. Dat klinkt raar, maar dat gebeurt soms ook in de natuur. De onderzoekers gebruiken het natuurlijke fenomeen dat chromosomen zichzelf kunnen verdubbelen zónder dat de cel zich verdubbelt. Zo ontstaan cellen die het standaard aantal chromosomen hebben en alle genen twee keer in de zelfde vorm hebben. En uit die cellen kunnen planten groeien. Dat zijn dus homozygote planten. Tussen de ‘nakomelingen’ van de uitzonderlijk goede plant zitten dan ergens wel twee planten die als ouders gebruikt kunnen worden voor het ‘namaken’ van de originele plant.

 

Een voorbeeld. Stel een bepaalde uitzonderlijk goede plant met 10 verschillende chromosomen heeft als genen XxYy, waarbij beide genen op hetzelfde chromosoom liggen, bijvoorbeeld chromosoom 2. Chromosoom 2 ins in de plant in tweevoud aanwezig. Op het ene chromosoom 2 ligt dan bijvoorbeeld XY en op het andere chromosoom 2 ligt xy. Normaliter zouden de chromosomen bij vorming van geslachtscellen door elkaar gehusseld worden, waardoor in de geslachtscellen chromosomen ontstaan met de combinaties XY, Xy, xY en xy. In ‘reverse breeding’ behandelen de onderzoekers de plant nu zó, dat het DNA bij de vorming van geslachtscellen niet door elkaar gehusseld wordt. De geslachtscellen van deze goede plant hebben dan als genetische code alleen XY en xy. Als we de chromosomen in deze geslachtscellen laten verdubbelen en planten laten groeien uit deze cellen, krijg je planten met respectievelijk XXYY en xxyy. Die zijn dus beide homozygoot. Het kruisen van deze ouders levert je de heterozygoot weer terug. In werkelijkheid zullen er echter meerdere chromosomen segregeren, en is het zaak om een juiste combinatie van ouders te selecteren die een perfect ouderpaar voor de beginplant vormen.

 

‘Reverse breeding’ zorgt dat plantenveredelaars nieuwe mogelijkheden krijgen om rassen te ontwikkelen die meer en beter produceren. Daarnaast geeft de techniek ook kansen om de kosten te verminderen voor het maken en transporteren van het uitgangsmateriaal van plantenrassen.

 

Publicatie in Nature Genetics:

 

Wijnker, E., van Dun, K., de Snoo, C.B., Lelivelt, C.L.C., Keurentjes, J.J.B., Ravi, M., Naharudin, N.S., Chan, S.W.L., de Jong, H., and Dirks, R., (2012): “Reverse breeding in Arabidopsis thaliana generates homozygous parental lines from a heterozygous plant”. Nature Genetics, advance online publication, dd. 11-03-2012.

 

Bron

[Bastet 20]

Mooi stuk, klopt ook allemaal netjes.

Het bestaat trouwens al wel wat langer als vandaag maar mensen / bedrijven houden het liever wat stil.

 

Ben zelf bezig om dit toe te passen in de Cannabis, maar is niet zo simpel als 1,2,3.

[Dr Dog 27]

zeg Bastet, hoe is het eigenlijk met je colchicine avontuur?

[Bastet 20]

colchicine begreep ik verkeerd destijds.

 

Leuk spul hoor daar niet van, maar eigelijk alleen toepasbaar in een later stadia van dit verhaal, of om triploide planten te maken waar je zoieso al niet zo veel aan hebt.

Op de vrije markt verkrijgbaar via China enz.. Je kan er makkelijk zelf proefjes mee doen maar het is wel gevaarlijk spul voor de mens!

Ga er ook niet té veel over zeggen, al de tijd die ik er nu in steek komt straks denk ik ook niet zomaar gratis. Dat lijkt me ook wel logisch.

[mrWeed 22]

Interessant artikel, leuk voor mediwiet.

Zie het jammer genoeg nog niet zo snel in de wiet gebeuren, de meeste kwekers hebben de kennis er niet voor om goed te veredelen. Alhoewel greenhouse ook redelijk op weg is in hun onderzoek naar terpenes en dergelijke. Laat Arjan dit stuk maar niet lezen hahaha. Nah geintje, als het lekkere wiet oplevert doet ie aar wat ie wil

[Mitsz van der Kamp 137]

 

Zo da´s beter...

[Guest elmanito]

@bastet

 

Hoe kom je aan een plant binnen de familie die een verminderde DMC1 gen heeft???

 

Namaste

[Mitsz van der Kamp 137]

 

Ik snap er geen bibs van, maar enfin...

[Guest elmanito]

Een verminderde DMC1 gen is verantwoordelijk voor een verminderde vruchtbaarheid.

 

Namaste

[Dr Dog 27]

@ bastet

En je bent ook niet door gegaan met de alternatieven voor colchicine, zoals oryzalin?

[Mitsz van der Kamp 137]

Een verminderde DMC1 gen is verantwoordelijk voor een verminderde vruchtbaarheid.

 

Namaste

 

Wederom dank. Was al een beetje aan ´t googlen.

[Bastet 20]

Ik denk dat je beter op een andere manier steriele planten kan maken als daar in gaan hocus spocussen.

Wil je dat weten ter behoud van de genen of iets anders?..

 

@ Dr. Dog:

 

Ik bedoel meer te zeggen dat ik geen behoefte meer heb in het maken van een triploide plant, vind dat een beetje verspilde tijd voor weinig resultaat.

Dan maak ik liever een echt hybrideras waar elke plant exact dezelfde gene heeft.

In dat verhaal kan je ook colchicine toepassen maar een protocol opbouwen voor het hele verhaal heeft tijd nodig.

[Dr Dog 27]

Een triploide is toch niet het doel op zich? Het is op zich wel intressant om te zien wat een triploide doet mbt de vruchtbaarheid, hoe de bloemen zich ontwikkelen vooral omdat deze steriel zouden moeten zijn.

Maar een polyploide zou wel intressant kunnen zijn, natuurlijk vooral omdat deze mogelijk meer productie zou geven.

 

Ik zal eens kijken of ik wat colchicine of (bij voorkeur) Surflan (oryzalin) kan krijgen. Wil het wel eens proberen met een hand zaadjes.

[Bastet 20]

Niet lullig bedoeld ofzo hoor, maar weet je wel hoe je t moet toepassen?

T is niet dat je er zaadjes in kan leggen hoor.. Gaat wel wat meer aan te werk. En hoe denk je daarna resultaat te zien?

[Dr Dog 27]

Zo ver ik weet is het wel degelijk je zaad en/of kiempjes inweken met een oplossing van een van beide.

De nodige veiligheidsmaatregelen in acht nemend en bij voorkeur op diverse concentraties en tijdsduur.

Hierna verder uit laten groeien, voor het deel dat dit nog doet.

Vervolgens is het domweg beoordelen of je een grovere plant etc krijgt, hierbij zul je een hoog percentage zaden/kiempjes sowieso zien afsterven, van het overblijvend zal een deel normaal zijn, een deel gemuteerd en niet geschikt voor verdere kweek en een heel klein deel mogelijk polyploide, wat zich na verdere selectie waar zal moeten maken.

En als je dan echt iets hebt wat je bijzonder lijkt kun je het laten onderzoeken...

Toch?

[Bastet 20]

Ik zou zaden skippen als ik jou was, je moet zo veel mogelijk groeipunten hebben die te stekken zijn en krachtig verder kunnen groeien.

Kiempjes zijn inderdaad beter in verschillende % oplossingen. Daarnaast ook verschillende lengtes per oplossing laten weken en de temp. van de oplossing niet te laag laten komen. 20 C moet voldoende zijn.

 

Je kan het inderdaad laten onderzoeken, maar ik denk dat als je écht resultaat ziet dat je het dan niet eens hoeft te laten doen, aangezien je toch al bereikt hebt wat je wilt. Lastig is dat je alleen wel met verschillende pheno's werkt uit zaad dus moeilijk kan zien wat er nou is gebeurd.

Daarom raad ik het eigenlijk aan om met kleine stekken te werken.

[Dr Dog 27]

Ik weet vanuit andere gewassen dat ze het kunnen op groeipunten in de weefselkweek ja. Zaad is heel goedkoop als je het zelf maakt. Stek zal ook wel lukken maar is weer iets bewerkerlijker lijkt me. Als je weet welke concentratie op stek goed werkt, is het misschien zeker zo makkelijk. Gewoon maar eens wat proberen en zien wat er gebeurt dus.

Voordat een dergelijke test gedaan kan worden maar eens goed inlezen, ik weet wel dat het op elk forum wordt besproken maar ik nog niemand heb kunnen ontdekken die het ook daadwerkelijk heeft gedaan, met daar dan een beetje een fatsoenlijk verhaal van. Als ik er zaden aan op ga offeren meldt ik het.

[Bastet 20]

http://members.tripod.com/~h_syriacus/colchicine.html

 

http://www.alibaba.com/showroom/colchicine-99%2525-hplc.html

 

succes

[Dr Dog 27]

Colchicine en DMSO is wel een fijne combi als er wat op je huid komt, een normale oplossing kan je nog snel afwassen miscchien

maar met DMSO wordt dat wel wat anders, ik ken de knoflooksmaak uit ervaring en weet ook dat het vrij snel gaat als je ermee in aanraking komt.

 

Overigens moet je alles ook weer niet overdrijven want de concentratie colchicine is dermate verdund dat hij verdund lager is dan de pillen die worden voorgeschreven voor jicht.

Zoek maar eens op wikipedia wat de ld50 is en zoek deze ook eens voor nicotine bijvoorbeeld.

Maar voor pure werkzame stof geldt zeker, heel giftig, alleen geschikt voor mensen die laboratorium ervaring hebben!

[Bastet 20]

Het was ook niet bedoeld als waarschuwing, maar puur voor je onderzoek.

[Guest elmanito]

Colchicine wordt in de reguliere geneeskunde gebruikt tegen jicht.In MJ Botany wordt een conc beschreven van 0.25%.In 1943 heeft een ene Warmke al proeven met het goedje gedaan met als gevolg dat je een verhoging kreeg van THC, al werd in die tijd als cannabinol beschreven.

 

Ik vraag me af of reverse breeding toegepast gaat worden in de biologische landbouw.Het maken van steriele planten is niet zomaar toegestaan.

 

Namaste

[Bastet 20]

Word volgens mij gewoon toegepast hoor? Zeg ik even snel..

Het gaat misschien wel om genetische manipulatie maar wel met behoud van de originele genen.

[Dr Dog 27]

Steriele planten mag je gewoon maken hoor, dat gebeurt in de sierteelt op hele grote schaal.

Vaak is steriliteit een eigenschap met prettige bijwerkingen, bloemen rijpen vaak minder snel af doordat ze niet bestoven kunnen worden door zichzelf of anderen. Ook vergroeien soms geslachtsorganen tot bloemdelen waardoor de bloemen voller tonen en ook weer meer sierwaarde hebben.

Steriliteit is ook niet schadelijk voor de natuurlijke vormen, er kan immers geen kruisbestuiving plaats vinden.

 

Misschien zijn er voor ons plantje ook wel dergelijke voordelen, alleen is het zaad dan altijd een F1-hybride van twee ouders met verschillende ploiditeit. Anders kan een dergelijke plant vanuit stek bestaan.

 

Het inbrengen van soort vreemde genen, genetische manupilatie mag niet zomaar.

Als iemand dat echter wel gaat doen....

 

Genetische gemanipuleerde planten zijn vooral een risco omdat het zou kunnen dat ze wilde populaties verdringen door hun superiore eigenschappen en na vele generaties dus verstrekkende gevolgen hebben voor hele eco-systemen.

De realiteit is echter wel dat steeds meer mensen dergelijke technieken beheersen en daarmee het gevaar voor ongecontroleerde toepassing dus ook steeds groter word.

Er gaan al verhalen dat dit bij cocaplanten zou zijn gebeurd, betaald vanuit de enorme winsten die daar in gemaakt worden.

Science ficton wordt werkelijkheid.

[Guest elmanito]

Steriele planten maken is niet toegestaan binnen de biologische plantenveredeling

 

http://www.louisbolk.org/downloads/1852.pdf

 

Interessant interview met een biologische veredelaar (off-topic)

 

 

 

Namaste

[Dr Dog 27]

Aha, daar had ik even overheen gelezen, BIOLOGISCHE landbouw.

Zit logica achter, alhoewel polyploiditeit ook vaak via natuurlijke weg ontstaat, is de door ons besproken methode dat zeker niet. Genetische manipulatie mag van de overheid dus niet zomaar en polyploiden maken wel.