Decennialang was het de droom van veredelaars om planten ontwerpen als ware het meubels of huizen. Nieuwe ontwikkelingen op het gebied van de genetica in combinatie met snelle analyse van de resulterende ‘prototypes’ (fenotypering) in de laatste tien, vijftien jaar maakt die droom steeds meer realiteit. Hoog tijd om na te denken over de vraag wat voor gewassen we eigenlijk willen hebben.

Met een snelle handeling die de nodige oefening verraadt, snijdt Olaf Zonneveld een krop sla los uit de bodem. Nog twee sneden en de kern is eruit. Als hij de slablaadjes uitrolt over het gras, blijken ze allemaal precies even groot. “Formaat hamburger”, zegt Zonneveld. “En het mooie is, ze blijven ook nog langer knapperig.” Zonneveld werkt als plantenveredelaar bij Syngenta in Enkhuizen en is onder meer verantwoordelijk voor de veredeling van sla, spinazie en andijvie. Het voorbeeld van de slablaadjes laat zien dat naast klassieke doelen, zoals hogere opbrengsten en resistenties tegen ziekten en plagen, groenten ook steeds vaker geselecteerd op kenmerken waardoor ze langer houdbaar zijn en makkelijker te verwerken in de rest van de keten, van de (machinale) oogst en verwerking tot op het bord van de consument.

Tekentafel

“Het is nog niet zover dat je een parallel kunt trekken tussen een veredelaar en een architect of industrieel ontwerper”, zegt Jeroen de Vries van Bayer Crop Science in Bergschenhoek, waar hij verantwoordelijk is voor het ontdekken van nieuwe eigenschappen van groenten. “Een architect kan tekenen en rekenen omdat hij/zij precies weet wat de eigenschappen van materialen zijn en de sterktes van constructies. Bij het ontwerpen van gewassen werk je veel meer met statistische waarschijnlijkheden. Wel is het zo dat we tegenwoordig veel meer kunnen doen aan de tekentafel, dan tien à vijftien jaar geleden. Toen werden nieuwe varianten vooral geselecteerd in het veld en in de kas. Tegenwoordig kun je vanachter je computer kiezen met welke varianten je verder wil telen, waardoor de succesratio bij het vinden en inkruisen van een nieuwe eigenschap enorm omhoog is gegaan.”

Paradigma

Volgens Jan van den Berg is sprake van een paradigmaverandering. Van den Berg is als agronoom werkzaam bij BASF Vegetable Seeds in Nunhem (L) en hield onlangs zijn inaugurele rede als buitengewoon hoogleraar Envirogenetics aan de Universiteit van Maastricht. “In de klassieke veredeling ga je op zoek naar natuurlijke varianten van een soort met de gewenste eigenschappen. Dat kunnen wilde verwanten zijn, maar ook landrassen die in de loop van vele eeuwen zijn gedomesticeerd. Of varianten die je had gemaakt door zaden te bestralen of met chemicaliën te bewerken (mutagenese). Had je een variant gevonden met de gewenste eigenschap, bijvoorbeeld een tarwe met een korte stengel, dan kruiste je die met de plant die je wilde verbeteren en vervolgens kreeg je een lang proces, soms wel 20 jaar van selecteren en kruisen om de ongewenste eigenschappen er weer uit te krijgen.”

Tegenwoordig, zo vervolgt hij, kun je aan de hand van genetische kaarten nagaan welk gen je wil hebben om een bepaalde eigenschap in te kruisen. Dankzij het feit dat het bepalen van DNA-volgordes veel goedkoper is geworden, zijn er van veel gewassen genetische kaarten gemaakt. Recent bijvoorbeeld heeft een internationaal team van onderzoekers genenkaarten gemaakt van niet minder dan 3000 varianten van de kikkererwt. Van den Berg: “Als je de DNA-volgorde hebt van een bepaald gen, bijvoorbeeld voor stengelgrootte, kun je in al die 3000 genenkaarten op zoek gaan naar varianten daarvan, de zogeheten allelen. We noemen dat ook wel allel mining. Vervolgens kun je die variant kruisen met de plant die je wil verbeteren.”

Functie aanpassen

Ook volgens Marc Bots, hoofd Vegetables and Flowers Trait Development bij Syngenta kun je inderdaad wel spreken van een paradigmaverandering in de plantenveredeling. “Normaliter ga je uit van het fenotype – de volgroeide plant – en probeer je de eigenschappen ervan te herleiden tot een gen. Met deze aanpak, forward genetics zijn en worden nog steeds grote stappen gezet. Inmiddels zie je ook steeds vaker een aanpak waarbij het genotype wordt veranderd om een bepaalde eigenschap te genereren in het fenotype – reversed genetics. We deden dat in feite al in de klassieke mutagenese waarbij je een reeks willekeurige mutaties opwekt met straling of chemicaliën. Omdat we nu veel beter in staat zijn om kenmerken van de volgroeide plant te koppelen aan bepaalde gebieden op het genoom, kan dat nu stuk efficiënter.”

Volgens Bots kan het nog veel efficiënter als veredelaars gebruik zouden kunnen maken van moderne genetische technieken, zoals gene editing, bijvoorbeeld met behulp van CRISPR/Cas. Met die technieken kun je heel gericht een gen uitschakelen of de functie ervan aanpassen. Bots: “Stel dat je het gehalte aan anthocyanen in tomaat wil verhogen, want dat is goed voor de gezondheid. We kennen de biochemische reacties waarmee anthocyaan wordt gemaakt. De enzymen die daarvoor nodig zijn, worden gecodeerd door een of meer genen. Als je die genen kent, kun je op zoek naar varianten die een enzym leveren dat de productie van anthocyanen verhoogt. Of juist verlaagt of zelfs helemaal stopzet.”

Tijdwinst

Gene editing is cruciaal, meent Bots. Het is een snelle, elegante manier om gerichte veranderingen aan te brengen in het genoom van een plant. Daarmee kan het langdurige proces van kruisen, selecteren en terugkruisen flink worden verkort. Bots: “Het kost nu een jaar of tien om een nieuwe variëteit te ontwikkelen. En dan heb ik het over groenten, andere gewassen zoals aardappelen en tarwe vergen nog langer. Met gene editing kun je die periode verkorten tot een of twee jaar. Dan kun je dus snel stappen maken, niet alleen qua voedingswaarde, maar ook qua gevoeligheid voor droogte of een lagere stikstofbehoefte.”

Volgens Mark Aarts hebben we die tijdwinst hard nodig. Hij is hoogleraar Erfelijkheidsleer in Wageningen en directeur van NPEC, het Netherlands Plant Eco-phenotyping Centre (zie kader. “Plantenveredelaars staan voor een dubbele uitdaging. Een is de nog steeds groeiende bevolking en hoe die te voeden, zonder extra areaal te gebruiken. De andere is klimaatverandering en hoe je de gewasteelt kunt aanpassen verschuivende klimaatzones. Veredelaars voelen de druk om met nieuwe, verbeterde rassen te komen. We kunnen ons die jarenlange veredelingsprocessen eigenlijk niet meer veroorloven.”

Maatschappelijke discussie

Eigenlijk hoeft dat ook niet, ware het niet dat de samenleving en de politiek de nodige aarzelingen hebben bij het gebruik van moderne genetische technieken. Jeroen de Vries van
Bayer Crop Science pleit daarom voor een brede maatschappelijke discussie. Niet zozeer over de verschillende technieken, als wel over de breeding targets, wat wil je ermee bereiken. Met als achterliggende vraag wat voor soort voedselsysteem we willen hebben, inclusief een discussie over verandering van consumptiepatronen.

“Als veredelaars hebben we ons altijd gericht op hogere opbrengsten en minder verlies door ziekten en plagen. Op dit moment zie je een verschuiving naar meer kwaliteit, zoals een hogere voedingswaarde. Daarnaast kun je denken aan het tegengaan van verspilling bijvoorbeeld door het verhogen van de houdbaarheid. Of aan het verminderen van de behoefte aan arbeid door gewassen geschikt te maken voor machinaal oogsten en verwerken, zoals in geval van onze raised head broccoli. Dankzij nieuwe technologieën kunnen we veel meer dan in het verleden tegemoetkomen aan die wensen en eisen.”

Uitdaging

Marc Bots van Syngenta ziet graag zo’n brede maatschappelijke discussie, maar ziet ook de mogelijke complicaties, waarbij emotionele argumenten tegenover wetenschappelijke argumenten komen te staan. Indertijd is ook een brede maatschappelijke discussie gevoerd over genetische modificatie en die heeft er uiteindelijk toe geleid dat de toelating van genetisch gemodificeerde gewassen zo gecompliceerd is gemaakt dat ze niet of nauwelijks worden geteeld in de Europese Unie.

Ook Mark Aarts van Wageningen UR denkt dat het nog een hele uitdaging zal worden om een beeld te krijgen van wat de samenleving wil. “Op zich zou het goed zijn om daar een maatschappelijke discussie over te entameren, maar het probleem is dat de meeste mensen geen idee hebben welke kant het op moet en wat de mogelijkheden zijn. We hebben bijvoorbeeld onderzoek gedaan naar hogere gehaltes aan gezonde stoffen in groenten, maar dat blijkt nauwelijks een verkoopargument. Iedereen zegt gezond te willen eten, maar bij de groenteboer merk je daar niets van. Het moet vooral goedkoop.”

Fenotypering

Als we een genenkaart hebben, weten we nog niet wat die pakweg 30.000 en meer genen doen en hoe ze met elkaar samenwerken om de plant zijn eigenschappen te geven. Bijvoorbeeld wanneer die bloeit, hoeveel bloemen die heeft en – niet onbelangrijk – hoe die reageert op zijn omgeving. Zeker als het gaat om de interactie tussen plant en omgeving is het belangrijk om ook op niveau van fenotype varianten met elkaar te vergelijken. In het Netherlands Plant Eco-phenotyping Centre analyseren onderzoekers hoe de plant eruitziet en functioneert onder verschillende omstandigheden en op verschillende tijdstippen, zowel in het veld als in de kas. Daarvoor gebruiken ze diverse sensoren om een beter beeld te krijgen van de plant en vooral ook van de verschillen tussen varianten in reactie op omgevingsinvloeden. Dat wordt dan gecorreleerd met locaties op de genenkaart. Het NPEC (https://www.npec.nl) is een grootschalige faciliteit voor wetenschappelijk onderzoek met vestigingen in Wageningen en Utrecht. 

Genetisch erfgoed

Het gebruik van varianten voor de veredeling van gewassen – of ze nu in de natuur zijn gevonden, of in de genenbank – is geregeld in het Nagoya Protocol, onderdeel van het wereldwijde Biodiversiteitsverdrag. Doel van het protocol is een eerlijke en gelijkwaardige verdeling van de voordelen, die voortvloeien uit het gebruik van het genetisch erfgoed der mensheid. Veel ervan bestaat uit landrassen, die in de loop van vele eeuwen zijn geselecteerd door veelal kleine boeren. In het begin waren er de nodige zorgen over het protocol, met name over de procedures voor acces & benefit sharing, de verplichtingen die samenhangen met het krijgen van toegang tot en gebruiken van de varianten. In ieder geval bij zaden is dat nu goed op de rails. “We ziken (?) geen beperkingen in onze toegang tot accessies, het genetisch materiaal dat is opgeslagen in genenbanken”, aldus Jeroen de Vries.

 

Gepubliceerd in Vork 4/2021. Illustratie: Gencraft