Ben jij mijn vader? Het klinkt wel alsof dit gezegde thuishoort in een realityshow, waar DNA-testen voor sensationele TV zorgen. Toch is het gebruik van dit soort testen niet gelimiteerd tot mensen en worden deze ook bij bomen en andere planten toegepast.
Ons DNA is iets wonderbaarlijk; het is een blauwdruk voor ons lichaam die ervoor zorgt dat 1 cel kan uitgroeien tot een complex netwerk van gespecialiseerde cellen die complete mensenlichamen vormen, maar ook de boom in het bos of het vergeet-me-nietje in het park bestaan door dit intrigerende netwerk. In deze blauwdruk staan de kenmerken die ervoor zorgen dat we blauwe of bruine ogen krijgen, die bepalen hoe groot we worden, of planten rode of witte bloemen maken, welke vorm bladeren van planten krijgen…
Deze kenmerken worden bepaald door één gen of door meerdere genen. Dat zijn stukjes in de blauwdruk die specifieke kenmerken bepalen. Natuurlijk bepaalt deze blauwdruk niet alles. Zo speelt de omgeving ook een grote rol. Om ons lichaam, maar net zo goed dat van een plant goed draaiende te houden, heeft elke cel een kopij van hetzelfde DNA. Toch hebben verwante individuen meer DNA met elkaar gemeen dan anderen. Het is daardoor ook logisch als je vindt dat je harder op je ouders lijkt dan op een wildvreemde.
Net zoals bij een blauwdruk kan je dus veel leren door naar het DNA te kijken. Denk bijvoorbeeld maar aan de testen die gedaan worden om erfelijke ziektes op te sporen of aan ouderschapstesten. En het is misschien verrassend, maar ook in de plantenwereld wordt veel gebruik gemaakt van DNA-onderzoek.
Veredeling: kruisen van diverse variëteiten
Het meeste DNA-onderzoek op planten wordt gedaan met het oog op veredeling. Bij veredeling probeer je verschillende kenmerken van een soort, bijvoorbeeld van een appelaar, samen te brengen. Zo zou het kunnen dat een kweker zowel een appelboom kweekt met hele lekkere appels, maar die heel slecht tegen ziektes bestand is, alsook eentje die minder lekkere appels heeft, maar wel zeer goed tegen ziektes kan. Door beide variëteiten met elkaar te kruisen, kunnen alle eigenschappen doorgegeven worden aan de nakomelingen en kan de kweker een boom maken die zowel lekkere appels heeft als resistent is tegen ziektes.
Jammer genoeg kan de kweker niet op voorhand weten met welke appelbomen hij zal eindigen, want de nakomelingen zullen een mengeling zijn van bomen met verschillende eigenschappen en maar een deel van de bomen zal beide gewenste eigenschappen hebben. En hoe weet de kweker welke planten beide eigenschappen hebben? Op de klassieke manier zal deze dat pas 5 jaar later weten, wanneer de kweker voor het eerst kan proeven van zijn nieuwe appels. Kortom, veredeling is een langdurig proces.
Bovendien moeten alle “slechte” planten ook onderhouden worden tot ze getest kunnen worden. Dit maakt het veredelingsproces bijzonder arbeidsintensief. En om er een schepje bovenop te doen, zijn de meeste kwekers ook niet bezig met enkel smaak en ziekteresistentie, maar ook met de vorm, groeikracht, droogtetolerantie,… Dit maakt van veredeling een complex gegeven, maar, gelukkig kan DNA-onderzoek dit proces vereenvoudigen.
Veredeling: DNA-onderzoek bij planten
Door het DNA van de jonge scheutjes te analyseren, kunnen onderzoekers veel te weten komen. Als je van een zaailing kan testen of die de juiste genen bezit voor de kenmerken die je wilt, dan maakt dat het veredelingsproces een stuk efficiënter. Je kan bijvoorbeeld al een grote selectie maken van je kiemplantjes. Natuurlijk moet hier een heleboel onderzoek aan voorafgegaan, want zo’n blauwdruk lezen is niet vanzelfsprekend.
Toch zijn verschillende onderzoekers er al in geslaagd om heel wat delen van deze blauwdrukken te ontcijferen en hebben ze voor sommige soorten de genen achter bepaalde kenmerken gevonden. Hierdoor kunnen ze genetische testen voor deze eigenschappen maken en kunnen ze ook sneller testen of de gewenste kenmerken aanwezig zijn. Helaas werkt dit niet voor alle kenmerken zo eenvoudig: kwantitatieve kenmerken, zoals grootte en groeisnelheid,worden door verschillende genen bepaald en zijn dus niet uit één test af te leiden. Onderzoekers zijn daarom nog altijd bezig met het verder ontcijferen van de blauwdruk.
Door het ontrafelen van de DNA-code/blauwdruk, komen wetenschappers te wetenwaar sommige genen voor dienen en in welke kenmerken ze resulteren. Naast het testen op de aanwezigheid van deze genen bestaat ook de mogelijkheid om deze genen in de plant te wijzigen. Zo zou je het gen dat voor witte bloemen zorgt in een plant kunnen veranderen door een gen dat voor rode bloemen zorgt of dat de plant meer resistent maakt tegen een ziekte zonder dat alle andere kenmerken gewijzigd worden. Dit zou natuurlijk het hele veredelingsproces nog kunnen versnellen, maar meer onderzoek is nodig vooraleer dit voor elk gen en elke plant uitgevoerd kan worden.
Populatiegenetica: op zoek naar verwantschap bij planten
Een andere belangrijke toepassing van DNA-onderzoek in de plantenwereld is populatiegenetica. Zoals eerder aangehaald, lijkt het DNA van verwanten harder op elkaar dan dat van vreemden. Zo kunnen de ouders van zaailingen teruggevonden worden via verwantschapstesten. Voor deze testen moet niet de hele DNA-code van het individu gekend zijn. Binnen het genoom zijn er namelijk stukken van het DNA die aanwezig zijn in alle individuen van een soort, maar die toch verschillen in lengte. Die worden DNA-merkers genoemd. Door een tiental van deze merkers te screenen, kunnen genetische profielen van individuen opgesteld worden en ontstaat een soort mini-identiteitskaart. Aan de hand van die profielen of identiteitskaart kunnen onderzoekers individuen genetisch van elkaar onderscheiden en hun verwantschap bekijken.
Als we de schaal vergroten van individu naar populatie dan kunnen we ook de verwantschap en genenuitwisseling tussen de populaties ontrafelen. Groepjes planten die dicht bij andere soortgenoten staan, zullen een hogere kans hebben om onderling genetisch materiaal uit te wisselen via pollen en zaden dan groepjes planten die dicht ver van elkaar verwijderd zijn. Hierdoor lijken deze groepen genetisch sterker op elkaar. De genetische uitwisseling zorgt er ook voor dat er af en toe nieuwe genen in een populatie terechtkomen, waardoor de genetische diversiteit in een populatie hoog blijft. Bij geïsoleerde en kleine populaties is de kans groter dat er genen verloren gaan dan dat er nieuwe genen bij komen, waardoor de genetische diversiteit hier verlaagt.
Een hoge genetische diversiteit is echter bijzonder belangrijk! Een individu kan een gen dragen dat ervoor zorgt dat er bijvoorbeeld een betere bescherming is tegen droogte. In een omgeving waar genoeg water aanwezig is, blijft dit gen onopgemerkt. Maar wanneer de omgeving van de plant verandert en droger wordt, kan dit gen van belangrijke waarde zijn voor de populatie. De planten met dit gen zullen de droogte gemakkelijker overleven en zullen dit gen ook aan de nieuwe generatie doorgeven zodat de soort op deze locatie niet uitsterft.
Geïsoleerde populaties hebben daarentegen een lagere kans dat dit gen via pollen of zaden met de wind over komt waaien. Hierdoor kunnen deze populaties minder goed tegen de droogte en zullen ze in het slechtste geval die droogte ook niet overleven. Met genetisch onderzoek brengt het Instituut voor Natuur en Bosonderzoek (INBO) de diversiteit in verschillende gebieden in Vlaanderen op kaart. Het doel is om te kunnen ingrijpen indien er gebieden zijn waar de genetische diversiteit te laag is.
Ouderschapsanalyse: ben jij mijn vader?
Een laatste praktische toepassing van DNA-onderzoek, zijn de zogenaamde ‘ouderschapsanalyses’ van bomen. Ook daar buigen genetici van het INBO zich over. Een groot deel van de bomen van onze toekomstige (Vlaamse) bossen wordt opgekweekt in boomkwekerijen. De zaden van voor deze bomen zijn afkomstig van zaadboomgaarden die vakkundig werden samengesteld. Zo kunnen deze bomen geselecteerd zijn op basis van hun mooie rechte vorm of omdat ze een autochtone herkomst hebben. Bomen met een autochtone herkomst zijn bomen waarvan men vermoedt dat ze hier al van na de laatste ijstijd gevestigd zijn. Deze bomen zijn dus aangepast aan onze streek en worden verkocht door boomkwekerijen onder het kwaliteitslabel ‘Plant van Hier’, een label beheerd door het Agentschap voor Natuur en Bos.
Een hoge genetische diversiteit is ook in de zaadboomgaarden van groot belang want dit bepaalt de genetische diversiteit in onze toekomstige bossen. Momenteel brengt het INBO de genetische diversiteit van de autochtone zaadboomgaarden van diverse boom- en struiksoorten in kaart. Onderzoekers stellen daarvoor een genetische databank op met de genetische profielen van alle bomen in de zaadboomgaarden. Deze genetische databank zal gebruikt worden om via ouderschapsanalyses de autochtone herkomst en kwaliteit van de toekomstige bosboompjes te garanderen. Van elk plantje dat geplant wordt, zullen onderzoekers dus kunnen zeggen wie de vader of moeder is. Jonge boompjes hoeven daardoor niet langer te worstelen met de vraag “Ben jij mijn vader?”.
Bronnen
- INBO bosbouwkundig teeltmateriaal (https://www.vlaanderen.be/inbo/bosbouwkundig-teeltmateriaal/ )
- Project zaadboomgaarden (https://www.vlaanderen.be/inbo/projecten/actieplan-uitgangsmateriaal-voor-autochtoon-en-bosbouwkundig-plantgoed )
- Project genetisch controlesysteem (https://pureportal.inbo.be/nl/projects/setting-up-a-genetic-control-system-when-trading-native-planting- )
- Plant van hier (https://www.plantvanhier.be/ )
- Vanden Broeck, A., Cox, K., Melosik, I., Maes, B., & Smets, K. (2018). Genetic diversity loss and homogenization in urban trees: the case of Tilia × europaea in Belgium and the Netherlands. Biodiversity and Conservation, 27(14), 3777-3792. https://doi.org/10.1007/s10531-018-1628-5
- Buiteveld, J., Vanden Broeck, A., Cox, K., & Collin, E. (2016). Human impact on the genetic diversity of Dutch field elm (Ulmus minor) populations in the Netherlands: implications for conservation. Plant Ecology and Evolution, 149(2), 165-176. https://doi.org/10.5091/plecevo.2016.977
