Een eeuwenoude tuinbouwtechniek – enten – krijgt hernieuwde aandacht als een potentieel revolutionaire methode voor het bewerken van genen voor een breed scala aan planten, vooral planten die met conventionele benaderingen moeilijk of onmogelijk te modificeren zijn. Deze innovatieve strategie zou de landbouwproductiviteit en de voedingswaarde aanzienlijk kunnen verhogen, terwijl de impact van de landbouw op het milieu kan worden verminderd en de stijgende voedselprijzen kunnen worden aangepakt.
De uitdaging van genbewerkingsplanten
Het vermogen om de genetica van planten nauwkeurig te veranderen door middel van genbewerkingstechnologieën zoals CRISPR, biedt een krachtig hulpmiddel om de opbrengsten en veerkracht van gewassen te verbeteren. Het aanpassen van installaties kan echter technisch een uitdaging zijn. In tegenstelling tot dierlijke cellen hebben plantencellen stijve celwanden, waardoor het moeilijk is om genetisch materiaal in te brengen. De huidige genetische manipulatietechnieken, zoals het afvuren van DNA-gecoate pellets (biolistiek) of het gebruik van de bacterie Agrobacterium, maken vaak de regeneratie van hele planten uit gemodificeerde cellen noodzakelijk. Dit proces is niet effectief voor veel belangrijke soorten, waaronder cacao, koffie, zonnebloemen, cassave en avocado’s.
Regelgevingshindernissen en alternatieve benaderingen
Zelfs als het bewerken van genen werkt, speelt er nog een ander probleem: regulering. In sommige landen worden kleine, natuurlijk voorkomende mutaties, veroorzaakt door genbewerking, behandeld als standaard plantenveredeling, waarbij langdurige en kostbare regelgevingsproeven worden omzeild. Methoden zoals biolistiek en Agrobacterium introduceren echter vaak extra DNA in het genoom van de plant, wat een volledig en rigoureuzer beoordelingsproces op gang brengt. Wetenschappers zijn actief op zoek naar alternatieve strategieën die dit probleem omzeilen, waardoor genbewerkingen mogelijk zijn zonder de introductie van vreemd DNA.
Eén mogelijkheid is het gebruik van virussen om RNA-codering voor CRISPR-componenten te leveren. Het Cas9-eiwit, een sleutelelement in de CRISPR-toolkit, is echter relatief groot, waardoor de RNA-sequenties worden beperkt die effectief door de meeste virussen kunnen worden getransporteerd.
Enten en RNA: een nieuwe combinatie
In 2023 onthulden onderzoekers van het Max Planck Instituut voor Moleculaire Plantenfysiologie een veelbelovende nieuwe aanpak. Omdat ze beseften dat planten een speciaal type RNA in hun wortels produceren dat door de plant kan reizen en cellen in de scheuten en bladeren kan binnendringen, hebben ze planten genetisch gemanipuleerd om dergelijke RNA’s te produceren. Deze RNA’s codeerden voor twee cruciale CRISPR-componenten: het Cas-eiwit dat de bewerking uitvoert en het gids-RNA dat het naar de doellocatie leidt. Vervolgens enten ze scheuten van ongemodificeerde planten op de wortels van deze gemodificeerde planten, waarbij ze met succes genbewerking in sommige van de scheuten en zaden bereikten.
Mogelijkheden uitbreiden met enten
Ugo Rogo van de Universiteit van Pisa, Italië, en zijn collega’s geloven dat deze techniek een enorm potentieel heeft en hebben een artikel gepubliceerd dat verdere ontwikkeling aanmoedigt. “Enten geeft ons de mogelijkheid om het CRISPR-systeem toe te passen in bomen of in planten zoals zonnebloemen”, legt Rogo uit.
Het voordeel van enten ligt in het vermogen om relatief ver verwante planten met elkaar te verbinden. Tomatenscheuten kunnen bijvoorbeeld met succes worden geënt op aardappelonderstammen. Dit betekent dat zelfs als het onmogelijk is om een zonnebloemonderstam rechtstreeks genetisch te manipuleren voor genbewerking, wetenschappers mogelijk een verwante soort zouden kunnen manipuleren om een compatibele onderstam te creëren.
Een universele onderstam voor genbewerking
Zodra er een geschikte onderstam is ontwikkeld die in staat is de noodzakelijke CRISPR-RNA’s te produceren, kan deze worden gebruikt om een breed spectrum aan planten te gen-modificeren. “Je kunt de roots gebruiken om Cas9 en bewerkingshandleidingen voor allerlei soorten elitevariëteiten te leveren”, merkt Julian Hibberd van de Universiteit van Cambridge op.
Ralph Bock, eveneens verbonden aan het Max Planck Instituut, benadrukt de efficiëntie van deze methode: “Het maken van de transgene onderstam is geen grote inspanning, aangezien het maar één keer gemaakt hoeft te worden, en dan voor altijd en voor meerdere soorten gebruikt kan worden.”
Een concreet voorbeeld: slechts enkele druivensoorten, zoals Chardonnay, kunnen uit afzonderlijke cellen regenereren en zijn vatbaar voor genetische modificatie. Zodra echter door middel van genbewerking een ziekteresistente Chardonnay-onderstam is gecreëerd, kan deze voor alle druivensoorten worden gebruikt.
Combineer benaderingen voor meer flexibiliteit
Rogo voorziet een toekomst waarin enten wordt gecombineerd met virale toediening, waardoor de flexibiliteit wordt gemaximaliseerd. Onderstammen zouden de grote mRNA-sequenties kunnen leveren die nodig zijn voor Cas9, terwijl virussen de kleinere gids-RNA’s zouden kunnen leveren. Deze geïntegreerde strategie zou het mogelijk maken dezelfde onderstam te gebruiken voor een breed scala aan genbewerkingen, wat een ongelooflijk veelzijdig hulpmiddel oplevert voor plantverbetering.
De innovatieve enttechniek biedt een praktische en schaalbare oplossing om de mogelijkheden voor genbewerking uit te breiden, en belooft een nieuw tijdperk van agrarische vooruitgang en grotere voedselzekerheid voor een groeiende wereld.
