6 min
Genetische manipulatie (GM) – het inbrengen van soortvreemde genen – is niet de enige biotechnologische methode om gewassen te verbeteren. Dat denkt Arjen van Tunen van KeyGene. Onze voedselgewassen bevatten van nature al meer dan voldoende genetische variatie om de voedselproductie de komende decennia te verdubbelen en tegelijkertijd de impact op milieu en omgeving drastisch te verminderen. Met moderne veredelingsmethoden kost het bovendien veel minder tijd en geld om een natuurlijke variëteit te ontwikkelen dan een GM-variëteit.
‘Dus jullie doen aan genetische manipulatie?’ is vaak de eerste reactie die ik krijg als ik onbekenden vertel dat ik aan het hoofd sta van een plantenbiotechnologiebedrijf. Voor veel mensen is biotechnologie synoniem met genetische modificatie (GM). Ik leg dan uit dat er naast GM ook andere methodes zijn die onder de noemer biotechnologie vallen met hetzelfde resultaat: de ontwikkeling van nieuwe gewassen. En dat we er bij KeyGene nadrukkelijk voor hebben gekozen om onze klanten, vooral zaadveredelaars, te ondersteunen bij de ontwikkeling, van nieuwe gewassen door de in de natuur aanwezige variatie te gebruiken.
Meer met minder
Het is geen nieuws meer dat er in 2050 tweemaal zoveel geproduceerd moet worden om de groeiende wereldbevolking voldoende voedsel te kunnen bieden. Dat moet gedaan worden met minder landbouwgrond, minder water, minder grondstoffen met een lagere impact op het milieu. Ook klimaatverandering zal de vraag naar gewassen sterk beïnvloeden. Zo groeit de behoefte naar gewassen die droogte- en zouttolerant zijn. Tegelijkertijd vraagt de consument om veilig en gezond voedsel. Meer dan genoeg uitdagingen dus voor zaadveredelaars en producenten. Uitdagingen die we met behulp van moderne biotechnologie kunnen en moeten beantwoorden.
Sneller veredelen
Moderne biotechnologie kent twee wegen voor het verbeteren van gewassen. De eerste is genetische modificatie, het verbeteren van gewassen door het op kunstmatige wijze inbrengen van vreemd genetisch materiaal (DNA). De tweede weg maakt gebruik van de variatie die van nature al binnen een gewas aanwezig is. Bij KeyGene zien we veel technische mogelijkheden voor genetische modificatie (GM), maar onze ervaring is dat de tweede, niet-GM route veel sneller en veel praktischer is voor onze klanten.
Ontrafelen
Bij moleculaire veredeling draait het om het ontrafelen en gebruiken van de genetische code, het DNA van planten om sneller nieuwe gewassen te ontwikkelen. Het omvat onder meer het opsporen van zogenaamde “genetische merkers”. Via deze merkers kan het volledige DNA van een gewas in kaart gebracht worden en kunnen stukjes van dit DNA gelinkt worden aan eigenschappen van een plant. Zo wordt duidelijk welke stukje DNA codeert voor bijvoorbeeld de kleur van een paprika of een resistentie tegen luis in sla.
Als je een genetische merker hebt voor bijvoorbeeld resistentie tegen luis, kun je deze gebruiken om te kijken welke nakomelingen van een kruising deze eigenschap ook hebben. Het kruisen van de planten is een natuurlijk proces, dat anderhalve eeuw geleden al is beschreven door Gregor Mendel. Er hoeft dus niet te worden geknipt en geplakt in het DNA zoals bij GM.
De eerste publicaties over het gebruik van genetische merkers dateren uit de jaren 80. In essentie werken we nog steeds zo, alleen is de snelheid en daarmee ook de hoeveelheid erfelijk materiaal die geanalyseerd kan worden enorm toegenomen door robotisering en door nieuwe technieken voor het ontrafelen van de genetische code.
Bij moleculaire verdeling draait het dus om het snel en gericht ontwikkelen van een gewenste variëteit vanuit de beschikbare genetische variatie door het inzetten van genetische merkers. Daarbij worden dus geen veranderingen aangebracht in het DNA. Bij moleculaire mutagenese ligt dat anders. Daarbij wordt de natuurlijke genetische variatie kunstmatig vergroot door mutaties in het DNA te creëren.
Moleculaire mutagenese onderscheidt zich van GM doordat er ook bij deze techniek geen sprake is van ‘knippen en plakken’. Ook wordt er geen vreemd DNA ingebracht, maar wordt uitgegaan van het DNA van het gewas zelf. Om dit te illustreren even een uitstapje naar de mens. We weten al tientallen jaren dat kanker veroorzaakt wordt door veranderingen in het DNA. Deze veranderingen zorgen ervoor dat cellen andere eigenschappen krijgen. Erfelijke belasting kan daarbij een rol spelen, maar ook omgevingsfactoren zoals zonlicht (UV straling).
Bij planten is dat niet anders: onder invloed van stoffen uit de natuur, bijvoorbeeld ozon of licht, zoals zonlicht of kosmische straling ontstaan continu veranderingen willekeurig in het DNA. Voor zover ze niet worden gerepareerd leiden deze veranderingen meestal tot negatieve effecten, maar dat hoeft niet. Ze kunnen soms ook positief uitvallen. Zulke mutaties staan aan de basis van de evolutie en daarmee van het ontstaan van soorten.
Dat betekent dat je ze ook kunt gebruiken om gewassen te verbeteren – een versnelde evolutie. Bij KeyGene hebben we methoden ontwikkeld om snel en effectief – dat wil zeggen met zo min mogelijk nevenschade – mutaties op te wekken en de variëteiten met de gewenste veranderingen te selecteren. Eigenlijk geldt voor deze technologie hetzelfde als voor moleculaire veredeling: Het is geen nieuw proces, maar de toegenomen capaciteit en snelheid maken het mogelijk om op een kosteneffectieve manier nieuwe eigenschappen te introduceren.
Zouttolerantie
Stel dat je een nieuwe rijstvariëteit wil ontwikkelen die kan groeien in een zouter milieu. Het voordeel daarvan is dat je met brak water kunt irrigeren. In landen waar zoet water schaars is, kan zo’n eigenschap bijdragen aan hogere opbrengsten. Maar waar ga je mee kruisen als er geen rijstvariëteit beschikbaar is die zouttolerant is?
De GM-oplossing is om de eigenschap uit een ander gewas te halen en in rijst in te brengen om zo tot de gewenste zouttolerante rijstvariëteit te komen. Het kan echter ook met behulp van moleculaire mutagenese. Hier volgt het recept: Identificeer uit de DNA-volgorde van rijst (die is bekend) die genen die mogelijk betrokken zijn bij zouttolerantie. Geef vervolgens een grote hoeveelheid rijstzaden een behandeling met een stof die tot versnelde evolutie van het DNA leidt. Kijk welke van de ongeveer 10.000 plantjes een verandering hebben ondergaan in de eerder geïdentificeerde genen. Selecteer deze plantjes en kijk welke beter groeien in brak water.
Als we eenmaal zover zijn dan dragen we het plantje meestal over aan een zaadbedrijf in bijvoorbeeld India, waar het wordt veredeld tot een nieuw commercieel ras, aangepast aan de lokale omstandigheden. Op deze wijze kunnen veredelaars in vijf jaar een nieuw gewas op de markt brengen. Een enorme tijdswinst in vergelijking met traditionele verdeling én met GM-gewassen.
Rubber
Een voorbeeld is de productie van rubber uit paardenbloemen. De wortel van de Kazachstaanse paardenbloem heeft een hoog gehalte aan natuurlijke rubber van zeer hoge kwaliteit in haar wortels, maar jammer genoeg is de groeikracht van deze paardenbloem niet groot, zodat er nauwelijks rubber geoogst kan worden. Onze Hollandse paardenbloem daarentegen heeft een sterke groeikracht, maar heeft geen rubber in de wortels.
Met behulp van de moleculaire merkertechnologie konden we deze eigenschappen volgen en wisten onderzoekers precies welke planten ze moesten selecteren om mee verder te kruisen. Op die manier is het vermogen om rubber te produceren van de Kazachstaanse paardenbloem gecombineerd met de groeikracht van de Nederlandse om te komen tot een nieuwe bron van natuurrubber.
Een ander voorbeeld is koolzaad. Door de lange stengel en de zwaarte van de zaden bezweek een deel van de planten tijdens Noord-Europese najaarsstormen voordat de zaden geoogst waren met grote opbrengstverliezen tot gevolg. Door een grote hoeveelheid koolzaden te behandelen met behulp van moleculaire mutagenese, konden we het stukje DNA dat verantwoordelijk is voor de stengellengte aanpassen zonder de andere eigenschappen van de plant te veranderen. Dit resulteerde in een koolzaadplant met kortere stengels die de najaarsstormen wist te weerstaan zonder te gaan legeren. Een goed voorbeeld hoe in relatief korte tijd een verbeterd gewas werd verkregen.
Zoals gezegd staan we voor de uitdaging om de groeiende wereldbevolking te voeden en tegelijkertijd de impact op de omgeving drastisch te verminderen. Daarbij gaat het niet alleen om productie van voldoende calorieën, maar ook om de nutritionele kwaliteit van de voeding, zoals gewassen met extra vitamines en mineralen, die ook nog eens zijn aangepast aan klimaat en productieomgeving. Met moderne veredelingsmethoden zijn we zeker in staat om die uitdaging aan te gaan en een bijdrage te leveren aan de strijd tegen te weinig en/of te slechte voeding. Het gebruik van biotechnologie is daarvoor onontbeerlijk. Dat geldt zowel voor de grote landbouwgewassen als mais, katoen en soja maar ook voor de gewassen die belangrijk zijn voor de zich ontwikkelende landen en regio’s, zoals rijst, sorghum, aardpeer en bakbanaan. Ook die gewassen bevatten nog meer dan voldoende natuurlijke variatie om ze aan te passen aan veranderende omstandigheden en de opbrengst en de nutritionele kwaliteit fors te verbeteren.
Arjen van Tunen is directeur van KeyGene, dat in 1989 is opgericht door een aantal Nederlandse zaadbedrijven om innovatief onderzoek te doen op het terrein van de plantenbiotechnologie. Begonnen met groentezaden werkt het bedrijf nu wereldwijd samen met en voor een breed scala aan veredelings-, agro- en ‘food’ bedrijven. KeyGene heeft 135 medewerkers verdeeld over Wageningen (125) en Rockville, USA (10).
Dit artikel verscheen in de 7e editie van Vork. Klik op de link als je het blad in de bus wilt krijgen.
Dit artikel afdrukken
Meer met minder
Het is geen nieuws meer dat er in 2050 tweemaal zoveel geproduceerd moet worden om de groeiende wereldbevolking voldoende voedsel te kunnen bieden. Dat moet gedaan worden met minder landbouwgrond, minder water, minder grondstoffen met een lagere impact op het milieu. Ook klimaatverandering zal de vraag naar gewassen sterk beïnvloeden. Zo groeit de behoefte naar gewassen die droogte- en zouttolerant zijn. Tegelijkertijd vraagt de consument om veilig en gezond voedsel. Meer dan genoeg uitdagingen dus voor zaadveredelaars en producenten. Uitdagingen die we met behulp van moderne biotechnologie kunnen en moeten beantwoorden.
Sneller veredelen
Moderne biotechnologie kent twee wegen voor het verbeteren van gewassen. De eerste is genetische modificatie, het verbeteren van gewassen door het op kunstmatige wijze inbrengen van vreemd genetisch materiaal (DNA). De tweede weg maakt gebruik van de variatie die van nature al binnen een gewas aanwezig is. Bij KeyGene zien we veel technische mogelijkheden voor genetische modificatie (GM), maar onze ervaring is dat de tweede, niet-GM route veel sneller en veel praktischer is voor onze klanten.
Bij KeyGene zien we veel technische mogelijkheden voor genetische modificatie (GM), maar onze ervaring is dat de tweede, niet-GM route veel sneller en veel praktischer is voor onze klantenVooral door de strenge wet- en regelgeving duurt het ongeveer 14 jaar om een GM-gewas naar de markt te brengen. Via de klassieke verdeling duurt het ongeveer ca. 10 jaar voordat een nieuwe variëteit in de schappen van de supermarkt ligt en met de door ons gebruikte methodes duurt het tussen de 5,5 en 7 jaar. Ook de kosten voor het op de markt brengen van een GM-gewas zijn enorm. Ze kunnen oplopen tot 100 miljoen euro als het gaat om een nieuw gewas dat wereldwijd wordt geïntroduceerd; een veelvoud van de kosten die nodig zijn bij het gebruik van onze methodes. Die winst in tijd en in geld is niet alleen gunstig voor de zaadproducenten, maar ook voor de telers en de consumenten. Ook de maatschappelijke weerstand die GM-gewassen nog steeds oproept, pleit er voor om alternatieven te gebruiken, meer in het bijzonder moleculaire verdeling en moleculaire mutagenese.
Ontrafelen
Bij moleculaire veredeling draait het om het ontrafelen en gebruiken van de genetische code, het DNA van planten om sneller nieuwe gewassen te ontwikkelen. Het omvat onder meer het opsporen van zogenaamde “genetische merkers”. Via deze merkers kan het volledige DNA van een gewas in kaart gebracht worden en kunnen stukjes van dit DNA gelinkt worden aan eigenschappen van een plant. Zo wordt duidelijk welke stukje DNA codeert voor bijvoorbeeld de kleur van een paprika of een resistentie tegen luis in sla.
Als je een genetische merker hebt voor bijvoorbeeld resistentie tegen luis, kun je deze gebruiken om te kijken welke nakomelingen van een kruising deze eigenschap ook hebben. Het kruisen van de planten is een natuurlijk proces, dat anderhalve eeuw geleden al is beschreven door Gregor Mendel. Er hoeft dus niet te worden geknipt en geplakt in het DNA zoals bij GM.
De eerste publicaties over het gebruik van genetische merkers dateren uit de jaren 80. In essentie werken we nog steeds zo, alleen is de snelheid en daarmee ook de hoeveelheid erfelijk materiaal die geanalyseerd kan worden enorm toegenomen door robotisering en door nieuwe technieken voor het ontrafelen van de genetische code.
Onder invloed van stoffen uit de natuur, bijvoorbeeld ozon of licht, zoals zonlicht of kosmische straling ontstaan continu veranderingen willekeurig in het DNAMutagenese
Bij moleculaire verdeling draait het dus om het snel en gericht ontwikkelen van een gewenste variëteit vanuit de beschikbare genetische variatie door het inzetten van genetische merkers. Daarbij worden dus geen veranderingen aangebracht in het DNA. Bij moleculaire mutagenese ligt dat anders. Daarbij wordt de natuurlijke genetische variatie kunstmatig vergroot door mutaties in het DNA te creëren.
Moleculaire mutagenese onderscheidt zich van GM doordat er ook bij deze techniek geen sprake is van ‘knippen en plakken’. Ook wordt er geen vreemd DNA ingebracht, maar wordt uitgegaan van het DNA van het gewas zelf. Om dit te illustreren even een uitstapje naar de mens. We weten al tientallen jaren dat kanker veroorzaakt wordt door veranderingen in het DNA. Deze veranderingen zorgen ervoor dat cellen andere eigenschappen krijgen. Erfelijke belasting kan daarbij een rol spelen, maar ook omgevingsfactoren zoals zonlicht (UV straling).
Bij planten is dat niet anders: onder invloed van stoffen uit de natuur, bijvoorbeeld ozon of licht, zoals zonlicht of kosmische straling ontstaan continu veranderingen willekeurig in het DNA. Voor zover ze niet worden gerepareerd leiden deze veranderingen meestal tot negatieve effecten, maar dat hoeft niet. Ze kunnen soms ook positief uitvallen. Zulke mutaties staan aan de basis van de evolutie en daarmee van het ontstaan van soorten.
Dat betekent dat je ze ook kunt gebruiken om gewassen te verbeteren – een versnelde evolutie. Bij KeyGene hebben we methoden ontwikkeld om snel en effectief – dat wil zeggen met zo min mogelijk nevenschade – mutaties op te wekken en de variëteiten met de gewenste veranderingen te selecteren. Eigenlijk geldt voor deze technologie hetzelfde als voor moleculaire veredeling: Het is geen nieuw proces, maar de toegenomen capaciteit en snelheid maken het mogelijk om op een kosteneffectieve manier nieuwe eigenschappen te introduceren.
Zouttolerantie
Stel dat je een nieuwe rijstvariëteit wil ontwikkelen die kan groeien in een zouter milieu. Het voordeel daarvan is dat je met brak water kunt irrigeren. In landen waar zoet water schaars is, kan zo’n eigenschap bijdragen aan hogere opbrengsten. Maar waar ga je mee kruisen als er geen rijstvariëteit beschikbaar is die zouttolerant is?
De GM-oplossing is om de eigenschap uit een ander gewas te halen en in rijst in te brengen om zo tot de gewenste zouttolerante rijstvariëteit te komen. Het kan echter ook met behulp van moleculaire mutagenese. Hier volgt het recept: Identificeer uit de DNA-volgorde van rijst (die is bekend) die genen die mogelijk betrokken zijn bij zouttolerantie. Geef vervolgens een grote hoeveelheid rijstzaden een behandeling met een stof die tot versnelde evolutie van het DNA leidt. Kijk welke van de ongeveer 10.000 plantjes een verandering hebben ondergaan in de eerder geïdentificeerde genen. Selecteer deze plantjes en kijk welke beter groeien in brak water.
Als we eenmaal zover zijn dan dragen we het plantje meestal over aan een zaadbedrijf in bijvoorbeeld India, waar het wordt veredeld tot een nieuw commercieel ras, aangepast aan de lokale omstandigheden. Op deze wijze kunnen veredelaars in vijf jaar een nieuw gewas op de markt brengen. Een enorme tijdswinst in vergelijking met traditionele verdeling én met GM-gewassen.
Rubber
Een voorbeeld is de productie van rubber uit paardenbloemen. De wortel van de Kazachstaanse paardenbloem heeft een hoog gehalte aan natuurlijke rubber van zeer hoge kwaliteit in haar wortels, maar jammer genoeg is de groeikracht van deze paardenbloem niet groot, zodat er nauwelijks rubber geoogst kan worden. Onze Hollandse paardenbloem daarentegen heeft een sterke groeikracht, maar heeft geen rubber in de wortels.
Met behulp van de moleculaire merkertechnologie konden we deze eigenschappen volgen en wisten onderzoekers precies welke planten ze moesten selecteren om mee verder te kruisen. Op die manier is het vermogen om rubber te produceren van de Kazachstaanse paardenbloem gecombineerd met de groeikracht van de Nederlandse om te komen tot een nieuwe bron van natuurrubber.
Een ander voorbeeld is koolzaad. Door de lange stengel en de zwaarte van de zaden bezweek een deel van de planten tijdens Noord-Europese najaarsstormen voordat de zaden geoogst waren met grote opbrengstverliezen tot gevolg. Door een grote hoeveelheid koolzaden te behandelen met behulp van moleculaire mutagenese, konden we het stukje DNA dat verantwoordelijk is voor de stengellengte aanpassen zonder de andere eigenschappen van de plant te veranderen. Dit resulteerde in een koolzaadplant met kortere stengels die de najaarsstormen wist te weerstaan zonder te gaan legeren. Een goed voorbeeld hoe in relatief korte tijd een verbeterd gewas werd verkregen.
Het gebruik van biotechnologie is daarvoor onontbeerlijkToekomstbestendige gewassen
Zoals gezegd staan we voor de uitdaging om de groeiende wereldbevolking te voeden en tegelijkertijd de impact op de omgeving drastisch te verminderen. Daarbij gaat het niet alleen om productie van voldoende calorieën, maar ook om de nutritionele kwaliteit van de voeding, zoals gewassen met extra vitamines en mineralen, die ook nog eens zijn aangepast aan klimaat en productieomgeving. Met moderne veredelingsmethoden zijn we zeker in staat om die uitdaging aan te gaan en een bijdrage te leveren aan de strijd tegen te weinig en/of te slechte voeding. Het gebruik van biotechnologie is daarvoor onontbeerlijk. Dat geldt zowel voor de grote landbouwgewassen als mais, katoen en soja maar ook voor de gewassen die belangrijk zijn voor de zich ontwikkelende landen en regio’s, zoals rijst, sorghum, aardpeer en bakbanaan. Ook die gewassen bevatten nog meer dan voldoende natuurlijke variatie om ze aan te passen aan veranderende omstandigheden en de opbrengst en de nutritionele kwaliteit fors te verbeteren.
Arjen van Tunen is directeur van KeyGene, dat in 1989 is opgericht door een aantal Nederlandse zaadbedrijven om innovatief onderzoek te doen op het terrein van de plantenbiotechnologie. Begonnen met groentezaden werkt het bedrijf nu wereldwijd samen met en voor een breed scala aan veredelings-, agro- en ‘food’ bedrijven. KeyGene heeft 135 medewerkers verdeeld over Wageningen (125) en Rockville, USA (10).
Dit artikel verscheen in de 7e editie van Vork. Klik op de link als je het blad in de bus wilt krijgen.
Nog 3
Je hebt 0 van de 3 kado-artikelen gelezen.
Op 5 mei krijg je nieuwe kado-artikelen.
Op 5 mei krijg je nieuwe kado-artikelen.
Als betalend lid lees je zoveel artikelen als je wilt, én je steunt Foodlog
Lees ook
Eindelijk een eerlijk verhaal. Geeft ook de mogelijkheid op de hoogte te komen van de mogelijkheden. Een alternatief tot voordeel van velen tot aan de consument. Laat ons in hemelsnaam de natuur volgen ook al is het voor een enkeling zeer interessant om er een slaatje uit te slaan. Eten uit de hand van weinigen nadat je in de andere hand bovenmatig heb moeten betalen geeft geen goed gevoel. Met de huidige mogelijkheden zijn we zeker in staat de wereld van voldoende goed voedsel te voorzien. Wel zullen we op verschillende fronten de zijlen bij moeten zetten. Als allen van goede wil zijn en de politiek in staat is deze gedachtegang middels faciliterende maatregelen te stimuleren komt een goed ontwikkeling op gang.
Interessant, en zo te zien met nog heel veel mogelijkheden.
Maar er zijn ook (hulp)middelen om de bevolkingsgroei af te remmen en te stabiliseren zodat we met de huidige voedselproductie gemakkelijker uit kunnen komen.
Dat past echter niet binnen de ingeslagen weg van de economische groei die we niet durven te verlaten, tot het echt niet meer anders kan.
Heel verhelderend artikel.
Het wordt als hardcore anti-van allesactivist wel steeds lastiger te bepalen waar je tegen moet zijn, lijkt mij. Je zult je zelfs eerst moeten verdiepen in de materie alvorens een standpunt in te nemen. Dat laatste lijkt me overigens positief, want dat zou tot een betere discussie en misschien zelfs meer begrip kunnen leiden.