Genverandering bij tomaten zorgt voor vroege bloei
Dit betekent meer aanplantingen per groeiseizoen en dus een hogere opbrengst. Het betekent ook dat de plant noordelijker kan worden geteeld dan momenteel mogelijk is; een belangrijke eigenschap als het klimaat op aarde opwarmt.
CRISPR technologie
CRISPR is een moleculaire methode om snel genen uit te schakelen of nieuwe genen te introduceren. "Ons werk is een overtuigend bewijs van de kracht van CRISPR om snel de opbrengst te verbeteren in veredeling van gewassen," zegt Zachary Lippman, hoofd professor van CSHL, die het onderzoek leidde. De methode kan naast de toepassing bij tomatenplanten ook worden toegepast bij belangrijke voedselgewassen waar veel delen van de wereld van afhankelijk zijn, zoals maïs, sojabonen en tarwe.
Lippman verduidelijkt dat de methode gaat over het creëren van een genetische hulpmiddel die telers en kwekers in staat stelt in één generatie de timing van de bloemproductie aan te passen en daarmee de opbrengst om zo onze beste rassen te laten bloeien in delen van de wereld waar zij dat niet normaal niet doen.
Remmen van de genexpressie van SP5G m.b.v. CRISPR veroorzaakt een snelle bloei en vruchtdracht. Rechts: een gewijzigde tomatenplant en links de wilde plant, beide hetzelfde aantal dagen na aanplant.
Evolutie van het bloeiproces
Ten grondslag van deze methode liggen inzichten over de evolutie van het bloeiproces in vele gewassen en hun wilde verwanten in relatie tot het aantal uren daglicht per dag. Uit genetisch onderzoek is gebleken dat de huidige gecultiveerde tomatenplant niet erg gevoelig is voor het aantal uren daglicht in vergelijking met wilde verwanten uit Zuid-Amerika. Gecultiveerde tomatenplanten bloeien op vrijwel hetzelfde punt na aanplant onafhankelijk van het aantal uren daglicht.
Een bekend hormonaal systeem reguleert de bloeitijd en daarmee het tijdstip waarop de plant de eerste rijpe vruchten zal genereren. Het hormoon florigen en het neutraliserende "anti-florigen" hormoon SP werken samen in een yin-yang modus om de bloei respectievelijk te bevorderen of te vertragen. Tijdens het onderzoek, bestudeerden de onderzoekers een wild tomatenras afkomstig van de Galapagoseilanden in de buurt van de Evenaar met gedurende het hele jaar dagen en nachten van 12 uur. Ze wilden weten waarom deze plant, wanneer ze geteeld wordt in noordelijke breedtegraden met zeer lange zomerdagen, pas laat in het seizoen bloeit en slechts enkele vruchten produceert.
De wilde equatoriale tomaat is zeer gevoelig voor het aantal uren daglicht. Hoe langer de dag, hoe langer de bloei uitblijft terwijl bij een kortere daglichtperiode de plant sneller bloeit," zegt Lippman. Dit suggereert een genetische verandering in tomatenplanten die vóór of tijdens de domesticatie van wilde tomatenplanten plaatsvond. Lippman vermoedt dat deze veranderingen waarschijnlijk al plaatsgevonden hebben toen de Spaanse ontdekkingsreiziger Cortez de tomaten naar Europa bracht vanuit Mexico in het begin van de 16e eeuw. Het begin van de wijdverspreide introductie van de plant.
antiflorigen SP5G
Lippman en zijn collega's herleidden het verlies van de daglengtegevoeligheid in gedomesticeerde tomatenmutaties naar antiflorigen genaamd SP5G.
Tijdens het telen van de wilde tomatenplant uit de Galapagos in kassen en vollegronds in New York namen Lippman en zijn collega's een scherpe piek in de expressie en activiteit van de anti-florigen hormoon gecodeerd door het SP5G gen waar, waardoor de bloei veel later optreedt. In gedomesticeerde tomatenplanten daarentegen stijgt de concentratie van het antiflorigen veel langzamer.
"De innovatie van het team vloeit voort uit de constatering, dat bij gedomesticeerde planten, hoewel bijzonder ongevoelig voor de daglengte, er wel sprake is van een expressie van het antiflorigen SP5G, " zegt Lippman. Dit leidde het team naar de moleculaire methode CRISPR om het gen SP5G volledig uit te schakelen zodat het anti-florigen hormoon helemaal niet gegenereerd wordt.
Het overschrijven van de genen van een gewaardeerd cherrytomaten ras (links) levert een bossige plant (rechts) op. Deze kan dicht worden aangeplant, waardoor de opbrengst verhoogd wordt en tegelijkertijd de oogst met ongeveer 2 weken vervroegd wordt. Deze planten werden een gelijk aantal dagen na het planten gefotografeerd.
Wanneer CRISP wordt toegepast om SP5G te verwijderen in populaire roma en cherry tomatenrassen, bloeien de planten eerder en dragen ze dus eerder rijpe vruchten. Het veranderen van een ander anti-florigen gen maakt de vroegbloeiende rassen nog compacter en een eigenschap wat het team "double-determinate' noemt.
Versnellen van veredeling
''Wat wij hebben laten zien, is het versnellen van veredeling, "zegt Lippman. "Nu hebben we een eenvoudige strategie om daglicht gevoeligheid van planten die reeds worden gekweekt volledig te elimineren. Dit stelt telers in staat om het teeltgebied geografisch uit te breiden naar noordelijke gebieden door met behulp van CRISPR tomatenplanten en andere gewassen snel aan te 'passen' aan noordelijke breedtegraden waar de daglengte zomers lager zijn en de groeiseizoenen korter.
Het rapport: "Variation in the flowering gene SELF PRUNING 5G promotes day-neutrality and early yield in tomato" is online vanaf 5 december 2016 in Nature Genetics. De auteurs zijn: S. Soyk, et. al. Het rapport kan worden geraadpleegd op: http://www.nature.com/ng/journal/vaop/ncurrent/index.html
Voor meer informatie:
www.cshl.edu