Nieuwe planten produceren zonder zaaien
Zonder een gewas opnieuw te zaaien toch nakomelingen produceren, die zelfs groter kunnen zijn dan de ouderplant. Volgens Leidse onderzoekers is dat mogelijk door het overstimuleren van één gen. Daarmee verjongt een cel en gaat deze terug naar de embryonale fase.
‘Het AHL15 gen is ontdekt door collega Bert van der Zaal die ook coauteur is op onze publicatie van 4 mei in Nature Communications’, vertelt Remko Offringa van het Instituut Biologie Leiden. ’Hij nam de effecten bij overexpressie van het gen onder de loep. Dat houdt in dat hij in het lab het AHL15 gen heeft overgestimuleerd, dus extra hard heeft aangezet, in onze modelplant Arabidopsis thaliana. Vervolgens zag hij dat op de zaadlobben, de eerste blaadjes van een ontkiemende zaailing, nieuwe embryo’s werden gevormd. Dat betekent dat cellen in die zaadlobben zijn teruggegaan in ontwikkeling naar de embryonale fase’, vertelt Offringa. ‘Vanuit die fase ontstaan embryo’s die je weer tot volledig nieuwe planten kunt laten uitgroeien. Dat lukt niet met een al volgroeide (gedifferentieerde) plantencel.’
Voor altijd jong door zichzelf te klonen
De resultaten in Arabidopsis geven nieuwe mogelijkheden voor het vermeerderen van gewassen. Telers kweken nu vaak hybride gewassen, die het resultaat zijn van een kruising tussen twee verschillende ouderplanten. Dat kruisen hoeft nu niet meer. Want met embryo’s die groeien vanuit een hybride gewas, kunnen die planten voor altijd jong blijven door zichzelf te blijven klonen. Ouderplanten zijn dan overbodig.
Het onderzochte gen is daarin echter niet uniek. ‘Veel bedrijven doen al onderzoek naar het zogenaamde BABY BOOM gen, ofwel BBM. Samen met onderzoekers van Wageningen University and Research toonden we aan dat het BBM eiwit ons AHL15 gen aanstuurt’, vertelt Offringa. ‘Dus of veredelaars ons gen gaan gebruiken, als zij al zo actief kijken naar BBM, is maar de vraag. Het tot overexpressie brengen van zowel BBM als AHL15 kan voordelen hebben voor sommige toepassingen’.
Uniek: verdubbelde chromosomen
Eerste auteur Omid Karami ontdekte wel een ander uniek fenomeen bij overexpressie van AHL15. Met behulp van een microscoop zag hij in een aantal embryonale cellen een verdubbeld aantal chromosomen.
‘Hij vond dat dit komt door de manier waarop de DNA-strengen in de cel zich gedragen na overstimulatie van AHL15’, verklaart Offringa. ‘Normaal ligt DNA vrij door de celkern verspreid, tot het moment dat celdeling plaatsvindt. Dan windt het zich compact op en worden de individuele chromosomen zichtbaar. Zo kan, tijdens celdeling, het verdubbelde DNA zich makkelijker over de twee dochtercellen verdelen. Maar Karami zag nu juist dat door AHL15 overexpressie het opwinden van het DNA niet volledig is. Daardoor blijft in één van de dochtercellen een dubbele hoeveelheid chromosomen achter. Dat noemen we polyploïdisatie.’
Opbrengst en evolutie
Polyploïdisatie wordt veel toegepast in de gewasverdeling, en zorgt vaak voor grotere planten en vruchten en dus meer opbrengst. Daarmee kan het onderzoek bijdragen aan UN sustainable development goal 2 (SDG2), zero hunger”. Daarnaast kan volgens de onderzoeker deze vondst een belangrijke bijdrage leveren aan fundamentele kennis over evolutie. ‘In de evolutiebiologie is er een verband gevonden tussen een verdubbeld genoom en vorming van nieuwe soorten. Door genoomverdubbeling vermindert de selectiedruk op individuele genen en daardoor kunnen er mutaties optreden waarmee een plant zich als het ware genetisch kan herprogrammeren en zich sneller kan aanpassen aan een veranderend milieu.
De eerste auteur van het huidige artikel, Omid Karami, was al tot de ontdekking gekomen dat het gen levensverlengend kan werken en won hier een prijs mee. Maar het zou mooi zijn als wij te weten kunnen komen of AHL15 ook in de natuur aan polyploïdisatie en dus aan soortvorming ten grondslag ligt. Dat biedt ruimte voor een vervolgonderzoek’, besluit Offringa.
De publicatie van 4 mei in Nature Communications.