Hitte, droogte en ziektes dreigen de rijstproductie sterk te verminderen. En dat terwijl er net meer mensen gevoed moeten worden. Maar er is een oplossing.
Al enkele jaren maken wetenschappers zich zorgen over de toekomst van rijst. Je zou het misschien niet zeggen als je de rijkelijk gevulde schappen in de supermarkt ziet, maar de rijstkorrel wordt bedreigd – en wel door de grillen van het klimaat. Het is zorgwekkend, aangezien rijst één van de meest geconsumeerde granen ter wereld is. Bovendien is het een belangrijke voedselbron voor zeker drie miljard mensen. Onderzoekers zijn dan ook naarstig op zoek naar oplossingen om al die monden te blijven voeden. En daarbij lijkt genetische modificatie met behulp van de CRISPR/Cas-techniek een schot in de roos.
Stressoren
De rijstproductie wordt momenteel op verschillende manieren bedreigd. Zo zijn ziektes, veroorzaakt door bacteriën, virussen, schimmels, ongedierte en onkruid belangrijke boosdoeners. Aan de andere kant treft ook klimaatverandering de rijstkorrel hard. “Droogte is één van de belangrijkste stressoren,” vertelt onderzoeker Antonio Costa de Oliveira in een interview aan Scientias.nl. “Dat komt omdat rijst veel water nodig heeft. Kou is bovendien ook niet goed. Dat komt lage temperaturen de rijstkorrel tijdens het ontkiemen en/of de bloei aantasten. Daarnaast zien we dat rijst wordt bedreigd door overstromingen in Azië, als gevolg van moessons. Hierdoor neemt het ijzergehalte in rijst toe. Ten slotte zien we dat ook het zoutgehalte toeneemt, als gevolg van het gebruik van zout water voor irrigatie.”
Groeiende wereldbevolking
Het is slecht nieuws voor al die miljarden mensen die dagelijks rijst op het menu hebben staan. Bovendien groeit de wereldbevolking gestaag door. De onderzoekers voorspellen dan ook dat de huidige rijstconsumptie tegen 2050 met maar liefst 50 procent toegenomen zal zijn, wat betekent dat er een vraag is naar maar liefst 1,125 miljard ton rijst. Om dus ook in de toekomst aan de stijgende voedselvraag te kunnen blijven voldoen, is het nodig om rijstsoorten duurzamer en veerkrachtiger te maken. Daarom is het noodzakelijk om nieuwe lijnen te ontwikkelen die stressbestendig zijn en een hogere opbrengst genereren.
CRISPR/Cas-techniek
Ondertussen zijn er al grote vooruitgangen geboekt door middel van veredeling. Daarbij worden specifieke planten met de beste erfelijke eigenschappen geselecteerd om daar een nieuw ras van te maken. Maar volgens onderzoekers kunnen ook biotechnologische hulpmiddelen, zoals transgenetica en genoombewerking, helpen om de toekomstige wereldwijde voedselzekerheid te blijven waarborgen. In de nieuwe studie hebben de onderzoekers verschillende genbewerkingstechnieken en hun toepassingen in de rijstveredeling bestudeerd. En uiteindelijk komen zij tot de conclusie dat de CRISPR/Cas-techniek (kort voor clustered regular interspaced short palindromic repeats/Ca) een mogelijke ‘redder’ zou kunnen zijn voor de door klimaatverandering bedreigde rijstgewassen.
CRISPR/Cas is één van de nieuwste en zeer veelbelovende gentherapieën. Met deze therapie is het mogelijk om het DNA in cellen op heel specifieke plekken aan te passen. Zo kunnen specifieke genen worden uitgeschakeld of ongewenste stukjes DNA door een alternatief stukje DNA worden vervangen. CRISPR-Cas-technologie werkt door het DNA op een heel specifieke plaats kapot te knippen. De werking van dit schaartje is afgekeken van een bacterie die deze methode gebruikt om zich te beschermen tegen een virusaanval. Als het virus de bacterie binnenkomt, knipt het bacterieschaartje het virale DNA kapot, waardoor het virus onschadelijk is gemaakt. Dit knipsysteem kan bij cellen van elk organisme worden ingebracht, of het nu planten, dieren of mensen zijn. Wetenschappers zijn erg bedreven geraakt in de techniek en kunnen het schaartje eenvoudig aanpassen om zo zeer doelgericht in het DNA te knippen. Ze doen dit door het ‘gidsmolecuul’, dat uit RNA bestaat, overeen te laten komen met de kniplocatie in het DNA. De mogelijkheden van CRISPR-Cas zijn eindeloos. Zo zijn er nu genetisch gemodificeerde appels en champignons die niet meer bruin kleuren, doordat het DNA dat de eigenschap voor bruinverkleuring codeert, kapot is geknipt. In Amerika liggen deze producten al in de schappen.
Concreet ontdekte het team dat de opbrengst, de tolerantie voor biotische en abiotische stress en de kwaliteit van de rijstkorrel aanzienlijk kan worden verhoogd door de genen van het graan met de CRISPR/Cas-techniek te bewerken. “Het laat bovendien geen ‘afdruk’ achter,” legt Costa de Oliveira uit. “De precisie van deze techniek is zodanig dat er geen andere veranderingen in het genoom achterblijven, behalve het gewijzigde, verbeterde gen dat verantwoordelijk is voor de nieuwe eigenschap.”
Resistent
Bovendien hebben onderzoekers ook al bewezen dat rijstgewassen met behulp van de CRISPR/Cas-techniek resistent kunnen worden tegen bepaalde ziektes. Xanthomonas oryzaeis is bijvoorbeeld een bacteriële ziekteverwekker die het uitgerekend op rijst heeft gemunt en ervoor zorgt dat de bladeren drogen en bruin kleuren. Het is één van de meest schadelijke rijstziektes en komt vaak voor op velden met een hoge luchtvochtigheid. “Met behulp van de CRISPR/Cas-techniek is het gelukt om de gevoelige genen uit te schakelen en resistente genen toe te voegen,” vertelt Costa de Oliveira. “Dit heeft geresulteerd in rijstsoorten die resistent zijn tegen deze hardnekkige ziekteverwekker.”
Gesleutel
Kortom, door aan de genen van rijst te sleutelen, kunnen er verbeterde rijstsoorten worden ontwikkeld, die beter bestand zijn tegen klimaatverandering en bovendien een hogere opbrengst genereren. De vraag is echter in hoeverre het verantwoord is om door middel van dergelijke genbewerkingstechnieken met ons voedsel te ‘rommelen’. Kan dit ook averechts werken? “Natuurlijk moet elke verandering worden geëvalueerd,” onderstreept Costa de Oliveira desgevraagd. “Er moet worden bewezen dat de enige verandering die optreedt zich enkel beperkt tot het doelgen. De controle daarop is de taak van de daarvoor bevoegde instanties, die elke gebeurtenis verifiëren en nagaan of er geen fragmenten van vreemde genen in het genoom achterblijven. Overigens heeft de mensheid sinds de domesticatie al eigenschappen in gewassen veranderd om ze eetbaar te maken en ervoor te zorgen dat de opbrengst toeneemt. Het verschil is nu alleen dat dit met CRISPR/Cas veel preciezer kan.”
Al met al laten de onderzoekers zien dat CRISPR/Cas-techniek ingezet kan worden om de toekomst van rijst veilig te stellen en zo dreigende hongersnoden te voorkomen. “Meer dan de helft van de wereld eet rijst,” zegt Costa de Oliveira. “En elke verhoging van de opbrengst kan honger verzachten. Bovendien is het steeds belangrijker geworden om over weerbare gewassen te beschikken. Door genen toe te voegen die ervoor zorgen dat rijstgewassen beter de uitdagingen waar ze aan worden blootgesteld het hoofd kunnen bieden, kunnen we ervoor zorgen dat de rijstproductie niet instort. Dit is heel belangrijk, willen we voldoen aan de toekomstige vraag van de in totaal negen miljard mensen die tegen 2050 op deze planeet zullen wonen.”
