Persbericht Doelgerichtere veredeling naar inuline-rijkere cichorei door CRISPR/Cas

Binnenkort kunnen veredelaars hun cichorei-inteeltlijnen maken op twee in plaats van op acht jaar. Dat opent perspectieven voor een snellere weg naar inuline-rijkere cichoreirassen, goed voor de boer en goed voor verwerkers die inuline extraheren tot een bulkgrondstof voor de voedingsbedrijven.
Met de CRISPR-Cas techniek is Evelien Waegneer (doctoraatsonderzoeker ILVO – KU Leuven) erin geslaagd om in meerdere individuele cichoreiplanten enkele precies bepaalde genen te veranderen om het kenmerk haploïdie te bekomen. Een haploïde plant bezit slechts één set chromosomen in plaats van twee, en kan daardoor via chromosoomverdubbeling een gegeerde inteeltlijn opleveren, die op haar beurt na kruising (tot een zgn. F1) opvallend mooie groeikracht toont. Of, bij cichorei, tot 15 % meer inuline bevat in de wortel, vergeleken bij de huidige cichoreirassen.
Inuline is een veelzijdige, gezondheid bevorderende voedingsvezel. België en Nederland zijn koploper in de teelt van cichorei en de daarmee verbonden inulineproductie. Met dit onderzoek kan de cichorei- en inuline productie in een nieuwe stroomversnelling komen.

Gezonde vezels als voedingsadditief

Inuline zit als ingrediënt of additief in heel wat voedingsproducten. Het is een dankbare vervanger voor suiker en vet, omdat hij makkelijk verwerkt én neutraal smaakt. Inuline levert een gunstig prebiotisch effect op de darmen. Onder de benaming inuline of gewoon cichoreivezels is de voedingsvezel te vinden op de ingrediëntenlijst van yoghurt, ontbijtgranen, vezelrijk wit brood of zelfs chocolade. De vraag naar inuline groeit wereldwijd. Zowel de onderzoekers en telers als verwerkers in België spelen in op de vraag.

Twee verbeteringen

Om efficiënter tot de gewenste F1-hybriden in cichorei te komen, moest onderzoeker Evelien Waegneer twee knelpunten oplossen: 1. een betrouwbaar systeem vinden om de bestuiving onder controle te houden, bijvoorbeeld via mannelijke steriliteit, en 2. efficiënt inteeltlijnen kunnen maken, die dus volledig identieke sets hebben van alle chromosomen waardoor altijd dezelfde genetische eigenschappen overerven naar de nakomelingen.

Mannelijk steriel

Ten eerste moeten alle F1 zaden een kruisingsproduct zijn van de twee geselecteerde ouders, zodat de genetische eigenschappen van die twee ouders worden gecombineerd. Zelfbestuiving waarbij slechts de genetische eigenschappen van één ouder overgedragen worden zijn ongewenst en verminderen de waarde van een partij F1 zaden.
Eén manier om volledige kruisbestuiving voor elkaar te krijgen is gebruik maken van ouderplanten met cytoplasmatische mannelijke steriliteit (CMS), die dus zelf geen stuifmeel meer aanmaken. Als dergelijke planten als moederplant gebruikt worden, kunnen enkel nakomelingen ontstaan met een externe (slim-geselecteerde) vader. Evelien Waegneer: “Via moleculaire analyses en microscopisch onderzoek van de bloemontwikkeling identificeerde ik genen gerelateerd aan mannelijke steriliteit. Er zijn nu twee CMS-lijnen grondig gekarakteriseerd, en bruikbaar gemaakt voor een toekomstig veredelingsschema.”

Nieuwe inteelt-ouderplanten in twee in plaats van acht jaar

In de klassieke veredelingsprogramma bereikt men inteeltlijnen door gedurende veel opeenvolgende generaties de zelfbestuiving te organiseren. In het tweejarige gewas cichorei duurt dat makkelijk 8 tot 10 jaar.
Het was al bekend welke genen er verantwoordelijk zijn voor het doorgeven van een dubbele set chromosomen, en ook dat welbepaalde natuurlijke mutaties in deze genen de kans verhogen dat een plant maar één set chromosomen doorgeeft, m.a.w. haploïde nakomelingen krijgt. Haploïdes zijn interessant omdat je via een relatief vlotte verdubbeling van de set van chromosomen een perfecte inteeltlijn kan verkrijgen. Dergelijke lijnen met twee identieke sets chromosomen zijn precies het uitgangsmateriaal nodig voor F1 hybriden.

Planten met zulke natuurlijk voorkomende mutaties noemt men ‘haploid inducers’, die bijvoorbeeld in de F1 veredeling van mais al decennialang worden gebruikt. “Via verschillende invalshoeken ging Waegneer op zoek naar planten met vergelijkbare natuurlijke mutaties in bestaand veredelingsmateriaal van chicorei. Via kennis van Arabidopsis en maïs wist ze naar welke genen (met eventuele mutaties) te speuren. Die bewuste genen bleken ook in het genoom van cichorei te zitten. Meer zelfs, na screening van het DNA van ruim 1500 wilde cichorei planten werden 29 planten geïdentificeerd met potentieel interessante mutaties in de bewuste genen.
Onderzoeker Evelien Waegneer: “De volgende stap was om te proberen om, met gebruik van CRISPR/Cas ook zelf mutaties gericht aan te brengen in de doel-genen. Dat lukte aardig: het resulteerde in 71 planten die potentieel haploid inducerende eigenschappen bezitten.”
Bij cichorei is dus via dit doctoraat kennis vergaard om haploïden te maken in slechts een jaar of 2 jaar.

Cliffhanger met gunstige afloop

Na het einde van de doctoraatstijd rest nog te testen of de nieuwe lijnen effectief inteeltlijnen kunnen produceren, bij wijze van proef. Als dat lukt, dan komt de cichorei-veredeling op eenzelfde kennisniveau als wat men standaard toepast in maïs.
Het doctoraat is in elk geval met groot succes verdedigd. Het ziet ernaar uit dat de resultaten meteen in 2024 toepassing krijgen in het (bestaande) veredelingswerk van ILVO, op de cichoreiplant. De jongste kruisingen met de potentieel haploïd inducerende planten gaan naar verwachting haploïde nakomelingen opleveren, die via kruisingen met ouderlijnen worden getest op hun inuline-meerwaarde. ILVO hoopt binnen zeer afzienbare tijd – slechts een paar jaar - nieuwe cichorei cultivars op de markt te kunnen zetten met een bewezen hogere opbrengst aan inuline.

Promotoren

Dr.Tom Ruttink (ILVO & docent Plantenbiotechnologie Ugent) - tom.ruttink@ilvo.vlaanderen.be
Prof. Nico De Storme, Plantenbiotechniek KULeuven - nico.destorme@kuleuven.be

Achtergrond: GeCRISPRde planten als NGT 1-planten

In de natuur worden genen meestal uitgeschakeld doordat er onder invloed van bijvoorbeeld UV-stralen willekeurige afwijkingen ontstaan in het DNA van dat gen. Dit betekent dat de sequentie – de volgorde van de letters van het DNA – een klein beetje verandert. Dit kan tot gevolg hebben dat het eiwit dat normaal gezien in de plantencel gemaakt wordt op basis van dit gen, niet meer hetzelfde is en dus ook niet meer werkt. In dat geval zeggen we dat het gen ‘uitgeschakeld’ is.

Bij CRISPR/Cas worden wijzigingen niet willekeurig aangebracht maar op heel specifieke plaatsen in het DNA. Omdat de resulterende plant ook spontaan in de natuur zou kunnen voorkomen, valt zij onder de voorgestelde NGT 1-categorie in het Europese wetsvoorstel.