Duitse wetenschappers testten de techniek voor het eerst op de suikerbiet. Wie wil, kan het ontwerp van de 3D-biet al zelf printen.
Mensen zijn al duizenden jaren in de weer met het kruisen van allerlei gewassen. Door wilde voorouders te selecteren op hun – voor de mens – beste eigenschappen zijn allerlei gewassen ontstaan die we vandaag de dag in de supermarkt tegenkomen. Bloemkool, broccoli, spruitjes en koolrabi bijvoorbeeld: gewassen die allemaal voortkomen uit dezelfde plant. En nog steeds veredelen boeren en telers hun gewassen. Niet altijd om nieuwe soorten te ontwikkelen, maar ook om hun gewassen beter bestand te maken tegen ziektes, periodes van droogte of juist van enorme regenval.
Hoewel slim selecteren daar veel in kan betekenen, is handmatig kruisen wel tijdsintensief (zie kader). Zeker op grote akkers met veel gewassen. Onderzoekers van het Institute of Sugar Beet Research en de Universiteit van Bonn hebben daarom een nieuwe techniek bedacht om uit de grote aantallen de beste gewassen te selecteren. Namelijk middels 3D-modellen van de ideale suikerbiet waar drones met lasers al vliegend over de akkers naar kunnen zoeken.
Improving Sugar Beet with LIDAR and 3D Printing – GigaScience 2024
Gewassen worden al eeuwen door de mens aangepast om soorten te creëren die lekkerder smaken, beter bestand zijn tegen ziektes of zodat ze ook op andere voedingsbodems gedijen. Vroeger ging dat vooral met de hand. Door de beste exemplaren met elkaar te kruisen, kunnen de telers de beste kwaliteiten selecteren voor de volgende generatie. De laatste jaren is daar een nieuwe techniek bijgekomen: genetische modificatie, ofwel het knippen en plakken met DNA. Ook met deze methode worden de beste eigenschappen geselecteerd voor een nieuwe soort, maar in plaats generaties lang gewassen kruisen, selecteren de kwekers op DNA-niveau al de beste genen. De techniek wordt de laatste jaren steeds vaker gebruikt, maar er is ook veel weerstand tegen. Zo is er reëel commentaar dat het modificeren niet moet leiden tot meer mono-culturen. Maar er zijn ook veel zorgen die voortkomen uit een wantrouwen voor nieuwe dingen, vertelde Patricia Osseweijer van de TU Delft eerder aan Scientias.nl: “Als mensen horen dat er DNA in hun voedsel zit, dan schrikken ze. Ze weten niet dat we altijd al DNA eten.”
3D-model
De onderzoekers maakten hiervoor eerst een 3D-model van de suikerbietplanten. Daarvoor gebruikten ze LIDAR-technologie (Light Detection and Ranging). Een techniek met lasers die de afstand tot een object kunnen meten, waardoor ze een nauwkeurig 3D-model van de plant konden maken. Dat model van de suikerbietplant kan vervolgens gebruikt worden in combinatie met AI-technologieën voor ‘gestandaardiseerde fenotypering’. Oftewel, het grootschalig en automatisch meten van de zichtbare eigenschappen van een plant, zoals de bladgrootte, stengeldikte en opbrengst. Op die manier kunnen onderzoekers de 3D-scans die door de drones zijn gemaakt analyseren en de beste uiterlijke eigenschappen herkennen.
Waarom de suikerbiet?
De suikerbiet is een belangrijk gewas voor de productie van suiker, ethanol en veevoer. Boeren en onderzoekers over de hele wereld zijn daarom al langere tijd bezig om de opbrengsten van suikerbieten te verhogen, de kwaliteit te verbeteren en de resistentie tegen ziekten en plagen te vergroten. Hoewel de suikerbiet daarom een logische begingroente was, kan de techniek ook voor andere gewassen worden toegepast vertellen de onderzoekers. “Het zou fantastisch zijn om deze aanpak te testen op andere gewassen zoals rijst of Afrikaanse weesgewassen”, Chris Armit, GigaScience-datawetenschapper. “Eigenlijk overal waar behoefte is aan goedkope fenotyperingsoplossingen.”
Het geprinte ideale suikerbietmodel dient daarnaast ook als referentiepunt voor onderzoekers om de groei en ontwikkeling van suikerbietplanten te bestuderen. Met de modellen die precies lijken op echte planten kunnen ze namelijk op een nieuwe manier onderzoek doen en nieuwe, betere plantenrassen ontwikkelen. Dat is een lastige maar belangrijke klus, vertelt Jonas Bömer, een van de onderzoekers, “wat zowel wetenschappelijk onderzoek als praktische plantenveredeling ten goede komt.”
De onderzoekers hebben de scans van de suikerbietplant vrijgegeven zodat iedereen zelf een model kan printen.
