Het combineren van alle wenselijke eigenschappen die de aardappel productiever en resistenter kunnen maken tegen de gevolgen van klimaatverandering, ziekten en plagen. Dat is de droom van elke aardappelveredelaar. Vanwege de complexe genetische samenstelling van de aardappel en het uitkruisende karakter ervan is dit echter verre van eenvoudig. Promovendus Corentin Clot van Wageningen University & Research (WUR) deed een aantal ontdekkingen op het gebied van de seksuele voortplanting die aardappelveredeling kunnen vereenvoudigen.
Waarom aardappelveredeling?
De aardappel is wereldwijd een van de belangrijkste voedselgewassen. Het is dan ook van cruciaal belang om rassen te kweken die hoogwaardige eigenschappen combineren met resistentie tegen ziekten en plagen. Maar de weg naar het ontwikkelen van deze rassen is erg complex, legt Corentin Clot uit. “De meeste aardappelrassen zijn tetraploïd. Dat houdt in dat ze voor alle erfelijke kenmerken niet twee (diploïd), maar vier kopieën hebben.”
Deze genetische complexiteit vormt een uitdaging bij het doorgeven van gewenste eigenschappen van kruisingsouders aan hun nakomelingen. Clot: “Om ervoor te zorgen dat eigenschappen niet ongericht, maar voorspelbaar kunnen worden doorgegeven aan de volgende generatie moeten de ouders ‘homozygoot’ zijn. Dat betekent dat identieke versies van het gen op alle chromosomen aanwezig zijn. Bij diploïde aardappelen kan dit gemakkelijk worden bereikt na één zelfbevruchting. Deze eerste stap noemen we fixatie.”
Zelfcompatibiliteit in gecultiveerde rassen
Om fixatie mogelijk te maken, onderzocht Clot de eigenschap van zelfcompatibiliteit. Dit is het zeldzame vermogen van een diploïde aardappel om zichzelf te bevruchten met zijn eigen stuifmeel. Al in het eerste jaar van zijn promotieonderzoek deed Clot een even verrassende als belangrijke bevinding. Hij ontdekte namelijk dat het gen dat betrokken is bij zelfcompatibiliteit – het zogenaamde Sli-gen – al aanwezig is in tetraploïde aardappelrassen.
“In eerder onderzoek was het Sli-gen alleen beschreven voor de diploïde wilde soort Solanum chacoense. Ik ontdekte dat dit gen ook alom aanwezig is in hedendaagse aardappelrassen. Dit inzicht geeft ons een gunstiger uitgangspunt voor de veredeling, omdat we niet meer afhankelijk zijn van deze wilde plant. Dit leidt meteen tot een tweede bevinding: we dachten dat zelfcompatibiliteit een zeldzaamheid is, maar als het Sli-gen alomtegenwoordig is, waarom zien we dan zelden spontaan bessen aan de plant? Kennelijk is goed stuifmeel geen vanzelfsprekendheid.”
Kruisingen tussen diploïde en tetraploïde ouders
Vervolgens zocht Clot een manier om tetraploïde rassen te verbeteren, door ze te kruisen met zijn diploïde ouders die allerlei inmiddels gefixeerde eigenschappen kunnen toevoegen. “Normaal gesproken zijn kruisingen tussen ouders met een ongelijk ploïdieniveau niet mogelijk. Wanneer gameten (geslachtscellen, red.) worden gevormd, wordt het genetische materiaal namelijk gehalveerd. Het stuifmeel van een diploïde ouder bevat één kopie van elk chromosoom, de eicellen van een tetraploïd ras twee. De triploïde embryo’s die uit zo’n kruising ontstaan, kunnen zich niet tot zaden ontwikkelen.”
Als tijdens de productie van stuifmeel de halvering van het aantal chromosomen echter mislukt, zal een diploïde ouder ‘ongereduceerd stuifmeel’ (unreduced pollen) produceren dat met succes de eicellen van een tetraploïde kan bevruchten. Clot: “Hoewel dit fenomeen al enige tijd bekend is bij veredelaars, was het niet duidelijk hoe de restitutie van chromosomen tijdens gametenvorming genetisch werd gereguleerd. Ik heb nu de belangrijkste erfelijke factoren gelokaliseerd die bijdragen aan deze eigenschap. Na fixatie is deze chromosoomrestitutie de tweede stap van onze innovatie.”
Een ‘derde manier’ van aardappelveredeling
De bevindingen van Clot bieden aardappelveredelaars nieuwe mogelijkheden. “Met onze tweestapsstrategie van fixatie en restitutie willen we de efficiëntie van een enkele zelfbestuiving benutten voor eigenschapsfixatie bij diploïden. Tegelijkertijd vermijden we het verlies aan groeikracht dat zal optreden na meerdere rondes van zelfbevruchting. Dit fenomeen – dat bekend staat als inteeltdepressie – is een enorme uitdaging voor onderzoekers die zich bezighouden met hybride veredeling. Om hybride rassen te maken heb je volledig homozygote inteeltlijnen nodig. Dit is van belang voor de uniformiteit van een hybride ras.”
Met de tweestapsstrategie streven we alleen naar de fixatie van een aantal belangrijke genen en vermijden we inteelt, zegt Clot. “Voorlopig is dit een meer realistische optie. Onze voorgestelde aanpak is een compromis tussen de uitersten, een ‘derde weg’ tussen conventionele veredeling en de hybride veredeling van aardappelen.”
Volgende stappen rondom aardappelveredeling
Met zijn onderzoek bouwt Clot voort op de erfenis van Wageningse aardappelgenetici. “Ik ben er erg trots op een bijdrage te kunnen leveren aan deze onderzoekslijn. Al sinds de jaren zeventig vormt het waardevolle onderzoek van Wageningen Plant Breeding de basis voor innovatieve aardappelveredeling.Ik vind het mooi dat ik hier weer een hoofdstuk aan kan toevoegen. Voor mijn postdoc werk ik nu samen met veredelingsbedrijven om mijn PhD-onderzoek te vertalen naar praktische toepassingen. Samen hopen we een realistische en efficiënte manier te vinden om betere aardappelrassen te veredelen.”
Bron: WUR
