Wetenschappers hebben een gen ontdekt in tarwe dat normaal gesproken inactief is. Wanneer het wordt geactiveerd, zorgt het ervoor dat planten drie graankorrels per bloem produceren in plaats van één.
Tarwe speelt een grote rol in de wereldwijde voedselvoorziening. Zo’n 35 procent van alle graan die wereldwijd wordt geproduceerd, is tarwe. Het is na maïs het meest geteelde graan ter wereld.
Maar er is een probleem: de opbrengst van tarwe stagneert al jaren. Onderzoekers zoeken daarom continu naar manieren om de opbrengst te verhogen. Onderzoekers aan onder meer de Universiteit van Adelaide en de Universiteit van Maryland zeggen nu dat ze een belangrijke doorbraak hebben bereikt.
De onderzoekers hebben ontdekt hoe een specifieke mutant van tarwe werkt, die bekendstaat als “multiovary”, kortweg MOV. Deze variant van tarwe produceert drie vruchtbare zaadknoppen per bloem. Normale tarwebloemen produceren maar één zaadknop die na de bevruchting uitgroeit tot een graankorrel. MOV was al lang bekend, maar het onderliggende genetische mechanisme bleef tot nu toe een raadsel.
Een ontwaakt gen
De MOV-variant kan drie zaadknoppen produceren dankzij een gen genaamd WUS-D1. Dit gen speelt een belangrijke rol bij de vorming van nieuw groeiweefsel waaruit plantendelen ontstaan.
Bij de MOV-variant blijkt een klein stukje erfelijk materiaal verdwenen te zijn en een ander stukje is per ongeluk omgedraaid. Door die verandering wordt het gen plots veel actiever dan normaal; het wordt zo’n 34 keer sterker tijdens de vroege ontwikkeling van de bloem. Het resultaat zijn planten die veel vaker drie zaadknoppen vormen.
Om te controleren of hun ontdekking klopte, maakten de onderzoekers verschillende tarweplanten met kleine veranderingen in hun DNA. Met gammastraling verwijderden ze bij sommige planten stukjes erfelijk materiaal en bij andere brachten ze piepkleine foutjes aan in het WUS-D1-gen. In alle gevallen waarin het gen niet goed werkte, vormden de planten opnieuw gewone bloemen met slechts één zaadknop.
De ontdekking komt niet uit de lucht vallen. Ook bij andere gewassen zoals tomaat en komkommer leidt een verhoogde activiteit van vergelijkbare genen tot meer bloem- of graanorganen. Het mechanisme lijkt dus breder toepasbaar te zijn binnen het plantenrijk.
Meer graan, kleinere korrels
De MOV-planten brachten gemiddeld 204 granen op per aar. Bij normale planten was dat 119. Dat is een toename van 70 procent. Dat klinkt veelbelovend, maar er zit een addertje onder het gras: de individuele korrels waren kleiner en lichter. De planten vormden ook dikkere stengels en iets bredere bladeren.
De onderzoekers waarschuwen bovendien dat het niet zo eenvoudig is om dit effect in andere planten na te bootsen, ook al werkt het mechanisme in theorie breder. Je kunt het gen namelijk niet zomaar kopiëren en in een andere plant stoppen. De verandering in het DNA van de MOV-variant is behoorlijk ingewikkeld en zorgt ervoor dat grote delen van het erfelijk materiaal anders worden ‘ingepakt’. Daardoor veranderen ook de activiteiten van veel andere genen tegelijk.
Precisiewerk
In plaats van het gen zomaar te kopiëren, willen de onderzoekers het preciezer aanpakken. Met moderne CRISPR-technieken kun je heel gericht kleine stukjes DNA aanpassen die bepalen wanneer en hoe sterk een gen actief is. Zo hopen ze het WUS-D1-gen iets sterker te laten werken zonder dat dit ongewenste neveneffecten veroorzaakt.
Het uiteindelijke doel is om een goede balans te vinden: planten die meer graankorrels vormen, maar waarvan de korrels niet te klein worden. De studie is te lezen in het wetenschappelijke vakblad PNAS.
