Komkommer is wereldwijd een van de belangrijkste groentegewassen. Na tomaat en ui staat hij op plek drie qua productie. Toch blijft het lastig om echt betere rassen te ontwikkelen. Denk aan planten die sterker zijn, mooiere vruchten geven of minder snel last hebben van holtes in het vruchtvlees.
Tot nu toe richtte onderzoek zich vooral op kleine genetische verschillen, de zogeheten SNP's – minuscule mutaties van één letter in het DNA. Maar een nieuw onderzoek, verschenen in Nature Genetics, toont aan dat grotere DNA-veranderingen, zogenaamde structurele variaties (SV's), veel bepalender zijn dan gedacht.
© Yuliya Koneva | Dreamstime
Een onderzoeksteam onder leiding van professor Zhangjun Fei van het Boyce Thompson Institute (BTI) heeft het meest uitgebreide genetische overzicht van de komkommer ooit gemaakt: een zogenaamd grafisch pangenoom. Waar eerdere studies uitgingen van één enkele referentieplant, combineert een pangenoom het DNA van meerdere rassen. Deze aanpak, gebaseerd op 39 verschillende genomen, bracht zo'n 172.000 structurele variaties aan het licht. Dat zijn grote stukjes DNA die zijn verplaatst, verwijderd of toegevoegd en die het gewas ingrijpend hebben gevormd.
"Voor het eerst kunnen we het volledige scala aan genetische verschillen in kaart brengen", zegt Fei. "Dankzij dit pangenoom kunnen we die grote veranderingen goed zien en beter begrijpen wat ze betekenen voor de evolutie en eigenschappen van de komkommer."
Het onderzoek toont ook aan dat tijdens de domesticatie van de komkommer veel van die grote DNA-veranderingen juist zijn verdwenen. Kleine mutaties werden meestal getolereerd, maar grotere afwijkingen bleken vaak schadelijk en werden er in de loop van de tijd uitgefilterd. Dat wijst erop dat ze een groter risico vormen voor de gezondheid van de plant.
De studie volgde ook de wereldwijde verspreiding van de komkommer, van oorsprong uit India, daarna via Azië naar Europa en Amerika. Tijdens die verspreiding stapelden kleine mutaties zich geleidelijk op, wat 'genetische bagage' opleverde. Opvallend genoeg bleven de grotere, schadelijke variaties ook tijdens deze uitbreiding grotendeels verdwijnen. Ze blijken dus veel gevoeliger voor natuurlijke selectie dan de kleinere variaties.
Verder ontdekten de onderzoekers dat er genetische uitwisseling is geweest tussen wilde komkommers en Europese rassen. Daardoor konden gunstige eigenschappen, zoals droogtetolerantie, worden doorgegeven. Maar tegelijkertijd kwamen er ook ongewenste genen mee — genetische ballast dus.
"Dit is een belangrijk inzicht voor de moderne veredeling", zegt Fei. "Als veredelaars wilde soorten gebruiken om positieve eigenschappen in te kruisen, nemen ze soms onbedoeld ook genetische problemen mee. Met ons pangenoom kunnen ze die beter opsporen en eruit selecteren."
De bevindingen hebben directe praktische waarde. Door gegevens over schadelijke structurele variaties op te nemen in voorspellingen, kunnen onderzoekers beter inschatten hoe een plant zich zal gedragen, bijvoorbeeld of een vrucht holtes krijgt of een bepaalde vorm ontwikkelt. Zo kunnen nieuwe rassen veel gerichter en sneller ontwikkeld worden.
De methode is bovendien breder toepasbaar. De aanpak van dit onderzoek kan ook ingezet worden bij andere gewassen, om genetische diversiteit beter te begrijpen en om sneller sterkere, gezondere en productievere planten te veredelen.
Het onderzoek werd gefinancierd door het USDA National Institute of Food and Agriculture via de Specialty Crop Research Initiative, als onderdeel van het CucCAP-project.
Bron: btiscience.org
