Onderzoekers uit Wageningen hadden deze week een ‘wereldprimeur’: als eersten bewezen zij de bruikbaarheid van een nieuwe methode om genen in planten op te sporen en te isoleren. Het procédé zal de komende jaren waarschijnlijk door vele laboratoria worden overgenomen, met als doel landbouwgewassen verder te verbeteren.
SPRINGENDE GENEN worden ze wel genoemd — onrustige stukjes DNA, die regelmatig hun plek op het chromosoom verlaten om zich een stukje verderop weer in te graven. Voor het organisme waarin ze zich bevinden knap lastig, zou je denken, maar voor plantenonderzoekers soms een uitkomst, zo bleek deze week: onderzoekers uit Wageningen bewezen, als eerste ter wereld, dat springende genen uitstekend te gebruiken zijn om andere nuttige plantengenen op te sporen en te isoleren. Genen die landbouwgewassen ongevoelig maken voor virusziekten, bijvoorbeeld. Deze week publiceerden zij hun primeur in het Britse wetenschappelijke blad Nature.
Trots toonde onderzoeker Andy Pereira van het Centrum voor Plantenveredelings- en Reproduktie-onderzoek (CPRO-DLO) afgelopen donderdag in Wageningen het plantje dat de doorbraak mogelijk had gemaakt: een exemplaar van de Zandraket — een klein onkruid dat nog vaag familie is van koolzaad, een landbouwgewas.
Aan de hoofdstengel van het getoonde plantje zaten alleen kleine, wat miezerige helmknoppen. Een dwarsdoorsnede van zo’n helmknop onder de microscoop maakt duidelijk waarom het zo armetierig oogt: het bevat geen mannelijke geslachtscellen -stuifmeel. Zo’n exemplaar van de zandraket, een soort die zich normaal gesproken door zelfbestuiving kan voortplanten, is dus ook onvruchtbaar. De oorzaak in dit geval: een springend gen afkomstig uit een maïsplant, door de onderzoekers bij de zandraket ingebracht, heeft zich bij toeval in een gen gedrongen dat kennelijk essentieel was voor de aanmaak van gezond stuifmeel.
Het bewijs dat het springende gen voor deze verandering verantwoordelijk is zit echter in een zijtakje: daar blijkt het ingebrachte gen een nieuwe sprong te hebben gewaagd, en daarbij de oorspronkelijke standplaats weer in oude staat te hebben achtergelaten: het zijtakje draagt weer stevige, volle helmknoppen. Onder de microscoop zijn de mannelijke geslachtscellen in de helmzakjes duidelijk zichtbaar.
Het definitieve, écht onweerlegbare bewijs dat de aanvankelijke uitschakeling van het vruchtbaarheidsgen te wijten was aan het springende gen, vonden de Wageningers echter in moderne DNA-technieken. Wanneer het DNA uit de steriele hoofdtak en de vruchtbare zijtak stap voor stap met elkaar werd vergeleken, bleek inderdaad het ingebrachte springende gen van zijn oorspronkelijke plaats te zijn verdwenen.
De truc van de Wageningers bewijst dat het mogelijk is om interessante genen in planten op te sporen en te isoleren door springende genen uit andere soorten in te brengen. Dat is goed nieuws voor alle onderzoekers op de wereld die zich bezighouden met het verbeteren van planterassen voor onze akkers. Want anders dan bacteriën, dieren en mensen, toonden planten zich bij het onderzoek naar erfelijke eigenschappen ‘ tot nu toe behoorlijk weerbarstig.
Het idee om springende genen — in minder beeldende wetenschapstaai transposons genoemd — zo te gebruiken, was overigens niet nieuw. Al sinds 1983 stellen tientallen laboratoria van alles in het werk om een dergelijk experiment te doen slagen — tevergeefs echter, tot voor deze week.
Al in 1948 werden, ook in maïs, de eerste springende genen ontdekt. Sindsdien werd duidelijk dat veel organismen, zo niet alle, zulke mobiele stukjes DNA bezitten.
Dat met de springende genen andere genen kunnen worden opgespoord, komt doordat de onderzoekers precies kunnen uitzoeken hoe een springer eruitziet. Wanneer een springend gen midden in een belangrijk ander gen terecht komt, verliest dat laatste zijn functie. De opgegroeide plant verliest bijvoorbeeld opeens zijn bloemkleur, of raakt — in het geval van Wageningen — zijn stuifmeel kwijt. Omdat de volgorde van de DNA-basen op het springende gen bekend is, kan ook het gen worden opgespoord dat voor de verdwenen eigenschap verantwoordelijk was.
Het enige dat tot nu toe ontbrak was echter een overtuigend bewijs dat het verdwijnen van zon eigenschap niet te wijten was aan iets anders dan het springende gen. Dat maakte de methode eigenlijk onbruikbaar, omdat niemand kon garanderen dat het geïsoleerde gen echt de informatie bevatte voor de verdwenen eigenschap. Voor hetzelfde geld ging het in feite om een toevallige mutatie, en zat het springende gen op een plaats die daarmee helemaal niets te maken had. Dankzij het werk van de Wageningers kan aan die onzekerheid nu een einde komen.
Nu de methode betrouwbare blijkt, staat niets onderzoekers meer in de weg om haar ook te benutten voor andere eigenschappen of planten. Zo heeft het Wageningse instituut het springende maïsgen al geïntroduceerd in aardappelplanten. De hoop is, dat na verloop van tijd een kiemplantje opduikt dat opeens ongevoelig is voor een ziekte.
Dat zou immers kunnen betekenen, dat het springende gen is beland in een gen dat de plant gevoelig maakte voor de ziekteverwekker. Wanneer dat laatste gen eenmaal is geïsoleerd, kunnen gerichte pogingen worden ondernomen om aardappelrassen te maken die niet meer met bestrijdingsmiddelen hoeven te worden bespoten.
Ook het gen dat nu door de Wageningers is ontdekt is voor plantenveredelaars waarschijnlijk goed te gebruiken. Koolzaad, familielid van de zandraket, kan ook zichzelf bestuiven. Op proefakkers is dat erg vervelend, want dat leidt tot inteelt — het verdwijnen van de erfelijke veranderingen die nu juist met veel moeite tot stand waren gebracht. Nu een gen bekend is dat, wanneer het kapot is, planten zonder stuifmeel laat ontstaan, komen koolzaadakkers in zicht met planten die de bevruchting weer geheel aan de onderzoekers moeten overlaten.
Ook maïs, een belangrijk voedingsgewas, is een zelfbevruchtende plant. Onderzoekers die door kruisingen maïs proberen te verbeteren, moeten op hun proefvelden nu nog alle meeldraden afknippen om zelfbevruchting te voorkomen. Niet onwaarschijnlijk is dat zich in maïs eenzelfde ‘fertiliteitsgen’ bevindt als in de zandraket. Voor het maïs-transposon ligt er dus gerechtigheid in het verschiet — al dat gespring in den vreemde zou ten slotte ook in zijn moederplant nog ergens goed voor kunnen zijn.