Komkommers zijn niet alleen onmisbaar in zomerse salades en sandwiches, maar ook een waardevol commercieel gewas. Minder bekend is hun rol als modelplanten die onderzoekers helpen bij het verleggen van de grenzen van genomisch onderzoek.
Een samenwerking tussen het John Innes Centre en de Chinese Academy of Agricultural Sciences (CAAS) leidde tot diverse experimenten en genomische analyses. Het doel: de moleculaire verschillen tussen wilde komkommers en hun gedomesticeerde tegenhangers onderzoeken.
De focus lag op de genetica achter vruchtverlenging – een opvallend kenmerk van gedomesticeerde komkommers, die aanzienlijk langer zijn dan hun korte, bittere wilde varianten. De bevindingen bieden inzichten in een steeds belangrijker wordend onderzoeksgebied, en kunnen bijdragen aan de ontwikkeling van grotere, productievere gewassen, met meer precisie en variatie.
Moderne plantenveredeling richt zich vaak op mutaties in DNA-sequenties die coderen voor eiwitten – de 'machines' van de cel die eigenschappen bepalen zoals vruchtlengte, smaak of zaadvorm. Maar eiwit-coderende genen vormen slechts een klein deel van het genoom. Steeds vaker richten onderzoekers zich op niet-coderende DNA-sequenties.
Een voorbeeld daarvan zijn synonieme mutaties – vroeger 'stille mutaties' genoemd – die de aandacht van biologen trekken.
Eerdere studies toonden aan dat deze mutaties betrokken kunnen zijn bij cellulaire functies, maar het bewijs dat ze ook invloed hebben op zichtbare eigenschappen in meercellige organismen was tot nu toe beperkt.
In deze studie, gepubliceerd in het tijdschrift Cell, onderzochten de wetenschappers hoe zulke mutaties eigenschappen kunnen beïnvloeden door de structuur en functie van RNA – een belangrijk molecuul in cellen – te veranderen.
Met behulp van een kaart van genetische variatie op basis van komkommerpopulaties identificeerden ze vruchtlengte als een belangrijk domesticatiekenmerk. Vervolgens werd met moleculaire en genetische analyses het mechanisme achter vruchtverlenging ontrafeld.
De onderzoekers ontdekten dat één enkele synonieme mutatie in een specifiek gen verantwoordelijk is voor de verlenging van komkommers tijdens hun domesticatie. Deze mutatie leidde tot vruchten die tot wel 70% langer zijn.
Opvallend genoeg produceert deze mutatie geen nieuw eiwit, zoals bij de meeste landbouwkundige of biologische eigenschappen het geval is. In plaats daarvan verandert het de vorm van RNA, wat de productie onderdrukt van het eiwit dat in wilde komkommers de 'korte' vruchtlengte veroorzaakt.
"Een kleine, 'stille' verandering in een komkommergen – ooit als onschadelijk beschouwd – blijkt de sleutel tot langere komkommers," zegt Dr. Yueying Zhang, postdoctoraal onderzoeker aan het John Innes Centre en auteur van de studie.
"Deze mutatie, lang gezien als biologisch neutraal, hervormt de RNA-regulatie en speelt direct een rol in de ontwikkeling van een gedomesticeerde eigenschap," voegt Dr. Zhang toe.
De resultaten bieden aanknopingspunten voor veredelingsprogramma's en kunnen bijdragen aan de ontwikkeling van gewenste eigenschappen in de toekomst. Vooral bij kenmerken als vruchtgrootte – belangrijk voor zowel opbrengst als commercieel succes – zijn de bevindingen zeer relevant.
Daarnaast opent de studie de deur naar vervolgonderzoek gericht op synonieme mutaties. Door gebruik te maken van precisietechnieken zoals genoomediting kunnen eigenschappen van diverse gewassen doelgericht worden verbeterd.
Het onderzoek was een gezamenlijke inspanning van de onderzoeksgroep van professor Yiliang Ding aan het John Innes Centre (VK) en teams onder leiding van professor Xueyong Yang van het Institute of Vegetables and Flowers, en academicus Sanwen Huang, FRS en voorzitter van de Chinese Academy of Agricultural Sciences (CAAS). De studie werd geïnitieerd en geleid door CAAS, met bijdragen van professor Dings groep op het gebied van RNA-structuur en translatieregulatie.
Je kunt de volledige studie lezen via de link hier
Bron: John Innes Centre
