Sleutelgen voor zelfbevruchting in aardappel geïdentificeerd

Onderzoekers van veredelingsbedrijf Solynta en Wageningen University & Research hebben het sleutelgen voor zelfbevruchting (zelfcompatibiliteit) in diploïde aardappelen geïdentificeerd, gekloond en gekarakteriseerd. Deze ontdekking maakt het mogelijk aardappelplanten te bevruchten met hun eigen stuifmeel.

Nu het Sli-gen (S-locus inhibitor) is geïdentificeerd, kunnen veredelaars met behulp van hybride veredelingstechnieken, sneller en gerichter veredelen dan met traditionele veredeling mogelijk is. Hierdoor kunnen snel nieuwe veerkrachtige en voedzame rassen op de markt gebracht worden, die bijdragen aan een duurzamere aardappelteelt . Het resultaat van de moleculaire analyse van Sli is gepubliceerd in het wetenschappelijke tijdschrift Nature Communications.

De aardappel is na tarwe en rijst wereldwijd het meest geproduceerde voedselgewas. Ook in ontwikkelingslanden wordt het gewas vanwege zijn voedingswaarde steeds belangrijker. Maar in tegenstelling tot zijn alledaagsheid, hebben de gecultiveerde aardappelen die nu geteeld worden een verrassend complex genoom.

Hierdoor zijn aardappelen met traditionele veredelingstechnieken erg moeilijk te verbeteren; tussen de eerste kruising van twee aardappelplanten en het op de markt brengen van het uiteindelijke commerciële ras zit al snel 10 tot 15 jaar. Daarom is in de afgelopen eeuw slechts bescheiden vooruitgang geboekt op het gebied van het inkruisen van genetische kenmerken die bijdragen aan betere ziekteresistentie, aanpassing aan het veranderende klimaat en hogere opbrengst.

Hybride veredeling

Hybride veredeling kan hier verandering in brengen. De techniek –die losstaat van genetische modificatie – heeft al bijgedragen aan een snelle verbetering van gewassen zoals maïs, tomaat, sorghum, kool en suikerbiet, en zou ook kunnen helpen om snel nieuwe aardappelrassen te ontwikkelen die zijn aangepast aan plaatselijke omstandigheden zoals droogte of juist hevige regenval. Een ander groot voordeel is het feit dat hybride aardappelrassen uit zaad groeien in plaats van uit de traditionele pootaardappelen.

Het zaad is bovendien ziektevrij en heeft minder chemische bescherming nodig na het inzaaien van de akker. Ook kan zaad makkelijker worden opgeslagen en naar aardappeltelers worden vervoerd, omdat het veel minder ruimte inneemt dan pootgoed. Hybride aardappelveredeling kan daardoor een belangrijke bijdrage leveren aan de voedselzekerheid en een duurzamere voedselvoorziening in grote delen van de wereld.

Sli-gen

Het veredelen van hybride aardappelen is gebaseerd op het kruisen van diploïde aardappelen. waarvan elke cel twee volledige sets chromosomen bevat (één van elke ouder) in plaats van onze gecultiveerde aardappel, waarvan het complexe genoom uit vier sets chromosomen (tetraploïde) bestaat.

In tegenstelling tot gekruiste tetraploïde aardappelen, hebben alle nakomelingen van gekruiste diploïde aardappelen in de hybride veredeling exact dezelfde kenmerken als hun ouders. Dit maakt snellere en gerichtere veredeling mogelijk.

Plantenveredeling Richard Visser van Wageningen University & Research (WUR):
 

"Om de mogelijkheden van hybride aardappelveredeling ten volle te kunnen benutten, moesten we eerst nog het sleutelgen voor zelfcompatibiliteit in de aardappel, Sli (S-locus inhibotor), identificeren, klonen en karakteriseren. Een belangrijk element van hybride veredeling is namelijk het fixeren van gewenste eigenschappen van de twee ouderlijnen door middel van inteelt."

"In de loop van de evolutie hebben veel planten, waaronder vrijwel alle diploïde aardappelsoorten, inteelt voorkomen door te zorgen dat ze zichzelf niet konden bevruchten, oftewel door zelfincompatibel te worden. Dat kunnen wij vanaf nu ondervangen met het Sli-gen."

"De mogelijkheid van zelfcompatibiliteit in diploïde aardappelen als zodanig en ook de locatie op chromosoom 12 waren al enige tijd bekend, maar vooralsnog was het gen dat voor deze eigenschap codeerde onbekend en was het nog niet geïsoleerd en gekarakteriseerd. Dankzij genetische analyse en genoomsequencing is ons dat nu gelukt."

"Met het Sli-gen hebben we dus de sleutel in handen voor snelle en effectieve veredeling van nieuwe diploïde aardappelen."

Ernst-Jan Eggers, geneticus bij Solynta:
 

"Ons bedrijf gebruikte het Sli-gen al door zelfincompatibele diploïde lijnen te kruisen met een Sli-gendonor. Deze nieuwe inzichten helpen ons hopelijk ook om nieuwe varianten van het Sli-gen te ontdekken die ons helpen om te selecteren op verbeterde smaak, efficiënt watergebruik, ziekteresistentie en andere kenmerken die van belang zijn in onze voortdurend veranderende wereld. "

"Met deze kennis komen we ook meer te weten over zelfincompatibiliteitssystemen. Dat is belangrijk vanuit fundamenteel wetenschappelijk perspectief en het kan ook een flinke duw in de rug betekenen voor de veredeling van andere gewassen uit dezelfde familie als de aardappel, zoals tomaat, aubergine en paprika."

Solynta en WUR werken al langer samen. Nu ze gezamenlijk het probleem van zelfincompatibiliteit hebben opgelost, zullen ze zich richten op andere vraagstukken op de weg naar aardappelen die minder gewasbeschermingsmiddelen nodig hebben en beter bestand zijn tegen de gevolgen van klimaatverandering.