Een internationaal onderzoeksteam, geleid door de Universiteit van Milaan, heeft in rijst een gen geïdentificeerd dat, als het wordt uitgeschakeld, het aantal bloemen verhoogt. Voor het onderzoek identificeerde het Nederlandse onderzoeksbedrijf KeyGene drie rijstplanten, elk met een unieke mutatie in het gen. Daarmee kon de rol van het gen in de bloei worden bestudeerd.
Vervolgonderzoek is erop gericht variaties in het gen te gebruiken voor innovaties in de plantenveredeling in rijst en andere granen, aangezien meer bloemen mogelijk kunnen leiden tot een hogere graanopbrengst. De bevindingen zijn dinsdag gepubliceerd in het wetenschappelijke tijdschrift Nature Plants.
Florigens
Iets meer dan een eeuw geleden ontdekten onderzoekers dat planten een geavanceerd systeem hebben om de relatieve lengte van dag en nacht te meten en daarmee de verschillende seizoenen kunnen waarnemen. Met dit mechanisme kunnen planten groei en ontwikkeling afstemmen op de seizoenen en op het meest geschikte moment beginnen met de bloei en dus met de voortplanting van de soort.
In 1936 toonde een Russische wetenschapper, Mikhail Chailakhyan, het bestaan aan van een ‘mobiel signaal’: iets dat in de bladeren wordt geproduceerd en dat zich door de nerven door de plant kan verplaatsen, om zo de groeipunt van de plant te bereiken. Het ‘mobiele signaal’ is daar de trigger voor de vorming van bloemen. Chailakhyan, bedacht de term florigen (bloemgenerator) voor dat ‘mobiele signaal’.
Het duurde nog eens 70 jaar voordat ontdekt werd wat dat mobiele signaal precies was. In 2007 toonde een studie aan dat de florigens kleine eiwitten zijn. Deze eiwitjes functioneren als regelaars van genexpressie: het aan en uit zetten van genen. Zodra deze florigen eiwitjes de top van de plant bereiken, schakelen ze daar de genen aan die nodig zijn voor het vormen van bloemen.
Afwijkend florigen
Nadat ontdekt was dat de ‘florigens’ kleine regel-eiwitten zijn bleek al snel dat veel plantensoorten dit soort regel-eiwitten in de bladeren produceren en naar hun groeipunt te transporteren.
De studie die nu gepubliceerd is in Nature Plants toont echter aan dat rijst een eigenaardig florigen heeft dat anders werkt. De onderzoekers tonen aan dat dit florigen niet in de bladeren, maar juist in de groeipunt van de plant wordt gevormd. Die groeipunt bevat de stamcellen die uit kunnen groeien tot bladeren, maar ook tot een bloeiwijze. Dit afwijkende florigen hoeft dus niet door de hele plant getransporteerd te worden. De belangrijkste functie van dit afwijkende florigen is de invloed op het aantal zijtakken in de bloeiwijze (de pluim) van rijst.
KeyGene vond drie rijstplanten met elk een kleine verandering in het gen dat codeert voor het regel-eiwitje.
Geïnduceerde gewenste variatie
Het onderzoeksteam werd ondersteund door KeyGene-wetenschappers die drie rijstplanten identificeerden met drie verschillende kleine veranderingen in het gen dat codeert voor het signaal-eiwitje. Die veranderingen, ook wel mutaties genoemd, zorgen voor drie verschillende veranderingen in de aminozuurvolgorde van het regeleiwit. Met behulp van onder andere de nakomelingen van deze planten kon het team aantonen dat het blokkeren van het gen zorgt voor een aanzienlijke toename van het aantal zijtaken in de pluim veroorzaakt, en daarmee voor een toename van het aantal bloemen in de rijstplant.
Deze verandering in plantontwikkeling is belangrijk voor de plantenveredeling, omdat een groter aantal bloemen kan leiden tot een groter aantal zaden en daarmee dus een hogere graanopbrengst. Bovendien blijken ook andere graansoorten dan rijst dit eiwitje te maken. Het vervolgonderzoek is er dan ook op gericht om de nieuwe kennis te gebruiken voor de ontwikkeling van innovaties die de opbrengst van rijst en andere gewassen kan verhogen.
Aan dit onderzoek namen drie afdelingen van de Universiteit van Milaan deel, plus onderzoekers uit Japan, China, de Verenigde Staten, Duitsland en Nederland. Een belangrijke bijdrage kwam ook van het zaadbedrijf Lugano Leonardo uit Italië, die het mogelijk maakte om ook onder veldomstandigheden onderzoek te doen. Het volledige rapport is hier te vinden.
Voor meer informatie:
KeyGene
info@keygene.com
www.keygene.com