Sierteelt, weefselkweek en gentechnologie

Siergewassen, weefselkweek en gentechnologie

We ontwikkelen en implementeren de nieuwste veredelingstechnieken. Onze focus ligt vooral, maar niet uitsluitend, op siergewassen. De belangrijkste doelstellingen van ons onderzoek zijn aspecten van hybridisatie tussen soorten, stress door weefselkweekomstandigheden, controle van recombinatie en genoombewerking met CRISPR/Cas9.

We houden ons bezig met het genereren van merkers voor merker gestuurde selectie in de veredeling van diploïde en polyploïde siergewassen. Met ontwikkelde genetische en genomische gereedschappen kunnen we de veredeling voor gewenste eigenschappen versnellen en genen identificeren, isoleren en bewerken, die coderen voor deze interessante eigenschappen. De ontwikkeling van plantaardig halfmateriaal, onder meer via kruisingen tussen soorten, is een belangrijke doelstelling van onze groep. Wij ontwikkelen protocollen voor allerlei celbiologische technieken en leveren manieren om de kwaliteit van planten uit weefselkweek te verbeteren. Tot slot is de groep het centrum van onderzoek naar de ontwikkeling en implementatie van nieuwe plantenveredelingstechnieken, zoals cisgenese en genoombewerking of gerichte mutagenese onder invloed van de CRISPR-Cas. We zijn ook betrokken bij het opstellen van wetenschappelijk onderbouwde stellingnames voor de overheid over deze nieuwe plantenveredelingstechnieken.

Siergewassen

Het onderzoek is gericht op het ontwikkelen van methoden en genetische merkers voor een efficiënt gebruik van genetische variatie, waarmee siergewassen verbeterd kunnen worden. Er zijn onderzoeksprojecten naar biotische en abiotische stresstolerantie, kwaliteitskenmerken en verbreding van het assortiment door hybridisatie tussen soorten en ploïdiemanipulatie in verschillende diploide en polyploide siergewassen.

De genetica achter de eigenschappen van siergewassen wordt bestudeerd door grondige fenotypering in veredelingsmateriaal mapping populaties en associatiepanels. De nadruk ligt op de beoordeling van goed te meten determinanten (factoren) voor complexe eigenschappen. Voor deze complexe eigenschappen of voor kenmerken die duur of lastig zijn om te beoordelen, worden genetisch gekoppelde moleculaire merkers geïdentificeerd ’die voor indirecte selectie op deze kenmerken of QTL’s daarvoor kunnen worden gebruikt. Hiervoor gebruiken we koppelingsstudies in nakomelingen of associatiepanels, die zijn ontwikkeld in onze groep of bij bedrijven. Voor dit karteringsonderzoek worden de nieuwste technologische ontwikkelingen op het gebied van next-generationsequencing en high-throughput merkergenotypering toegepast.

Naast dit koppelingsonderzoek met willekeurige merkers testen we kandidaat genen die bekend zijn uit andere gewassen op hun betrokkenheid bij interessante eigenschappen en gaan we op zoek naar de functionele allelen die zorgen voor de gewenste eigenschap. De meeste siergewassen zijn obligate uitkruisers en diverse soorten hebben een hogere ploïdie. Daarom moet er specifieke software worden ontwikkeld voor bioinformatics, merkerscoren en kartering. Dat doen we in nauwe samenwerking met andere groepen binnen Plant Breeding.

We maken kruisingen tussen soorten om nieuwe combinaties van eigenschappen te introduceren of te genereren. De mannelijke en vrouwelijke vruchtbaarheid worden in de gaten gehouden, en barrières voor en na de bevruchting kunnen worden geïdentificeerd. Deze barrières worden onderzocht en kunnen in veel gevallen technisch worden overwonnen, wat hybriden oplevert. Hybridesteriliteit is te overwinnen door ploïdiemanipulatie, maar hybriden tussen soorten worden ook zorgvuldig gecontroleerd op de productie van n- of 2n-gameten. We onderzoeken het recombinatieniveau met GISH om te beoordelen wat de mogelijkheden zijn voor introgressie van gewenste eigenschappen bij een ontvangende ouder in terugkruisingschema’s.

Weefselkweek

Weefselkweek is een onmisbaar onderdeel van veel moderne veredelingstechnieken, zoals antherencultuur, protoplasttechnologie, embryorescue en microsporogenese.

De optimale omstandigheden voor zulke technieken moeten voor elke nieuwe soort opnieuw worden bepaald. Op dit gebied hebben wij een track record. Een andere belangrijke toepassing van plantenweefselkweek is micropropagatie: vegetatieve vermeerdering in vitro. Met micropropagatie kunnen snel grote aantallen sterke, hoogwaardige planten worden geproduceerd. Bovendien bevatten deze planten geen endogene pathogenen. Voor micropropagatie kan uitgroei van okselknoppen worden geïnduceerd en apicale dominantie onderdrukt, kan de-novosynthese van bijscheuten geïnduceerd worden of somatische embryogenese. We proberen ook meer te weten te komen over de mechanismen die ten grondslag liggen aan enkele van de essentiële stappen in deze processen. Het doel daarvan is niet alleen een efficiëntere micropropagatie, maar ook een hogere kwaliteit van de geproduceerde planten. Omdat stress een belangrijke oorzaak is voor slechte kwaliteit, wordt in één kwaliteitsverbeteringsonderzoeksproject gekeken naar fysiologische, biochemische en moleculaire factoren die stress in weefselkweek veroorzaken. Naar verwachting komen hieruit praktische oplossingen voort ter vermindering van de schadelijke effecten van stress als gevolg van ongunstige omstandigheden bij in-vitrovermeerdering. Een andere bepalende factor voor de groei en kwaliteit van weefselkweekplanten is voeding. Daarom onderzoeken we ook de nutriëntenstromen en de parameters die daarop van invloed zijn. Onderzoek naar fysiologische factoren zoals transpiratie en fotosynthese wordt gecombineerd met moleculair-genetisch onderzoek naar de rol van genen die betrokken zijn bij de distributie van koolhydraten.

Gentechnologie

We hebben protocollen ontwikkeld voor genetische modificatie van tal van gewassen. Hiervoor hebben we onze kennis ingezet over processen die een rol spelen bij genetische modificatie, zoals regeneratie, genoverdracht en DNA-integratie.

We blijven onderzoek doen om die kennis up-to-date te houden en de genetische modificatie van planten efficiënter te maken. Er zijn weinig mogelijkheden om genetisch gemodificeerde gewassen binnen de EU in de handel te brengen. Daarom gebruiken we deze techniek voornamelijk voor het analyseren van genfuncties. We doen echter ook onderzoek naar de toepassing van verschillende nieuwe veredelingstechnieken, in het bijzonder cisgenese en genoombewerking, in diverse gewassen. Met deze nieuwe technieken kost de ontwikkeling van nieuwe rassen minder moeite en tijd. CRISPR/Cas9 of CRISPR/Cpf1 zijn de instrumenten bij uitstek voor genoombewerking, waarbij gerichte mutaties worden geïnduceerd. We onderzoeken ook de mogelijkheid om dezelfde technieken te gebruiken voor echte genoomchirurgie via allelvervanging. Door de ontwikkeling van systemen voor transiënte expressie, bijvoorbeeld met protoplasten of recombinant-DNA-vrije toedieningssystemen voor plantencellen, willen we betere rassen produceren die niet worden beschouwd als ggo. Wij voeren veldproeven uit met cisgenese planten, bijvoorbeeld appels, om te zien hoe producten uit deze nieuwe plantenveredelingstechniek het doen in de praktijk.

Publicaties