De opbrengst van rijst en maïs kan aanzienlijk worden verhoogd door de genen van het graan met de CRISPR-techniek te bewerken. Dat blijkt uit experimenten in maïs- en rijstvelden.
Door een bepaald gen in maïs en rijst uit te schakelen kan de graanopbrengst met respectievelijk 10 en 8 procent toenemen. Onderzoek naar vergelijkbare genen in andere graansoorten zou de graanoogst wereldwijd kunnen verbeteren.
Wereldwijd zijn maïs en rijst basisvoedingsmiddelen. Beide worden al vele duizenden jaren geteeld voor grootschalige consumptie. Maïs komt oorspronkelijk uit Mexico, terwijl rijst afkomstig is uit China. Plantenbiologen merkten op dat deze gewassen sterk vergelijkbare eigenschappen hebben, ondanks dat ze onafhankelijk van elkaar zijn geëvolueerd. Dit heet ook wel convergente evolutie.
‘Ik probeer robots te ontwikkelen die ook echt een nieuwe stap maken’
Hoe werkt vliegen? Dat lijkt een simpele vraag, maar voor luchtvaarttechnicus en bioloog David Lentink is het een levenslange zoektocht.
Tweeling-genen
Plantgeneticus Xiaohong Yang van de Chinese Landbouwuniversiteit in Beijing onderzocht de gelijkenissen van deze gewassen. Hiervoor bracht ze samen met haar collega’s de genomen van maïs (Zea mays L. ssp. mays) en rijst (Oryza sativa) in kaart.
De onderzoekers vonden 490 paar genen die in beide gewassen vergelijkbare functies lijken te vervullen. Tussen deze zogeheten analoge genparen zaten twee genen – bekend als KRN2 in maïs en OsKRN2 in rijst – die graanopbrengst beïnvloeden.
Door met DNA-bewerkingstechniek CRISPR de genen uit te zetten, verhoogden de onderzoekers de graanopbrengst van maïs met 10 procent en die van rijst met 8 procent. Deze cijfers zijn afkomstig van praktijkexperimenten op boerenakkers. ‘Dit zijn uitstekende resultaten’, zegt Yang. Met vervolgonderzoek naar de 490 genenparen hoopt ze de productie van rijst en maïs nog verder te verbeteren.
‘Deze twee soorten zijn het belangrijkst voor de economie’, zegt co-auteur en hoogleraar plantenmetabolisme Alisdair Fernie van het Max Planck-instituut voor Moleculaire Plantenfysiologie in Duitsland. ‘Ze zijn op verschillende plekken ontstaan en hebben ook een heel andere domesticatiegeschiedenis. Het feit dat er convergente evolutie heeft plaatsgevonden met zoveel genen is daarom fascinerend.’
Sterkere CRISPR-maïs
Een beter begrip van de genetische evolutie van maïs en rijst zou ook kunnen helpen met het creëren van de novo-domesticatie, zegt Fernie. Daarbij worden genen van gedomesticeerde soorten ingebracht in niet-gedomesticeerde soorten, om zo nieuwe gewassen te creëren.
Wilde gewassen zijn over het algemeen beter bestand tegen extreme weersomstandigheden en ziekteverwekkers, maar hebben doorgaans een lage opbrengst. ‘Met gentechnologie zoals CRISPR kunnen we een handvol van deze domesticatiegenen, zoals KRN2, in hun verwante wilde soort inbrengen’, zegt hij. ‘Het idee is dat je zo gewassen met een hoge opbrengst kunt maken die tegelijkertijd veerkrachtig zijn, wat voor ons in de toekomst van cruciaal belang zal zijn.’
