Persbericht Genen zichtbaar gemaakt in hoge resolutie én in multikleur: verbeterde techniek toont genen op chromosomen van stengelui en roos

Veredelingsonderzoek gaat steeds meer de genetische toer op, ook bij planten zoals de roos. Rozen vormen daarbij een grote uitdaging, onder andere door hun kleine en moeilijk van elkaar te onderscheiden chromosomen. Daarom verbeterde ILVO-UGent onderzoeker Ilia Kirov bestaande visualisatietechnieken om chromosomen te herkennen en de precieze locatie van specifieke genen te onthullen. Hij ontwikkelde deze technieken op de stengelui, een modelplant voor chromosoomtechnieken, en paste ze daarna met succes toe op roos. Ilia Kirov slaagde erin om de verschillende chromosomen van zowel stengelui als roos te identificeren. Ook kunnen genen nu 10 tot 20 keer beter gevisualiseerd worden op de chromosomen, én kunnen zelfs verschillende genen tegelijkertijd in beeld gebracht worden op basis van verschillende fluorescente kleuren.

Van FISH in modelplanten….

Roos is een economisch belangrijk siergewas, maar toch gebeurt er zeer weinig onderzoek naar de genoom- en chromosoomorganisatie. Eén van de redenen hiervoor is dat het genoom en de chromosomen zeer klein zijn, waardoor de verschillende chromosomen moeilijk van elkaar te onderscheiden zijn. Nochtans is het belangrijk om die kennis uit te breiden, aangezien deze het veredelingsproces enorm zou vooruit helpen. Een interessante toepassing is bijvoorbeeld om te visualiseren welke genen, betrokken bij stressresistentie of andere kenmerken, overgeërfd werden van de ouderplanten naar de nakomelingen.
Om dat te kunnen doen moeten chromosomen van elkaar onderscheiden worden, en moet het mogelijk worden om genen zichtbaar te maken op de chromosomen. Op die manier kunnen kaarten opgemaakt worden van het genoom. Daarvoor werden een 15-tal jaar geleden experimenten opgestart met de techniek Tyramide-FISH (Fluorescentie In Situ Hybridisatie), die genen moest opsporen in modelplanten zoals tarwe en stengelui. Via deze techniek worden specifieke DNA-sequenties gemarkeerd met fluorescente merkers. In een hybridisatiereactie binden deze gemarkeerde DNA sequenties aan de complementaire sequenties op de chromosomen. Via de fluorescentie microscoop kan nadien geanalyseerd worden waar die specifieke DNA sequenties zich bevinden op de chromosomen. Deze techniek bleek succesvol, maar nog te “grof” voor kleine en complexe genomen, zoals dat van roos. Onderzoeker Ilia Kirov stelde zich daarom tot doel om de bestaande Tyramide-FISH-techniek te verfijnen. Hij deed dat aan de hand van de grote chromosomen bij stengelui, en paste de technieken vervolgens toe op de kleine chromosomen van roos.

… naar hoge-resolutie FISH in roos…

Om genen op een efficiënte manier in kaart te brengen, is het eerst nodig om de chromosomen individueel te kunnen herkennen. Hiervoor werden FISH-gebaseerde chromosoommerkers ontwikkeld voor roos en stengelui. Alle 7 chromosomen van roos en alle 8 chromosomen van stengelui konden op die manier geïdentificeerd worden. Optimalisatie van de Tyramide-FISH-methode voor het opsporen van specifieke genen, resulteerde in een resolutie die 10 tot 20 keer hoger ligt dan voorheen. Bovendien werd het mogelijk om meerdere genen tegelijkertijd te visualiseren bij roos aan de hand van multikleur-FISH. Via beide technieken werden in totaal 7 genen gelokaliseerd op chromosomen 4 en 7 van roos, en er kon een gedetailleerde fysische kaart gemaakt worden van deze chromosomen. Deze nieuwe informatie werd toegevoegd aan de bestaande fysische en genetische kaarten.

… naar nieuwe rozen?

Nu chromosomen en genen geïdentificeerd kunnen worden, wordt het mogelijk om de overerving ervan te achterhalen en de genomische verwantschappen tussen soorten en cultivars te bestuderen. Dit is een belangrijke stap vooruit in de ontwikkeling van nieuwe rozencultivars.

UGent – ILVO onderzoeker Ilia Kirov verdedigt op 9 februari 2017 zijn doctoraat:
PHYSICAL MAPPING OF GENES ON PLANT CHROMOSOMES
De openbare verdediging vindt plaats om 17u in het UZ Gent, Aud E (Blok B, ingang 32), De Pintelaan 185, 9000 Gent. Promotoren zijn Prof. Dr. Nadine van Roy (UGent), Dr. ir. Katrijn Van Laere (ILVO) en Prof. Dr. Ludmilla Khrustaleva (Universiteit Moskou).