G2P-SOL

Op zoek naar de perfecte paprika

Technologische innovaties voor agriculturele vooruitgang

Hoe smaakvol, vitaminerijk of stevig een paprika is, wordt grotendeels bepaald door het genotype van de plant. Video: Videezy

Geschatte leestijd: 7 minuten

Welke genetische eigenschappen bevat de plant die uit een zaadje groeit? Zulke informatie ligt wereldwijd opgeslagen in genenbanken. Wetenschappers van Wageningen University & Research werken mee aan een Europees project om al die collecties samen te voegen in één catalogus. Dat maakt de zoektocht naar meer klimaatbestendige gewassen gemakkelijker.

Koop je een paprika in de supermarkt, dan sta je er waarschijnlijk niet bij stil dat aan de productie van zo’n groente een uitgebreide selectie vooraf is gegaan. Uit alle mogelijke variaties kiezen telers de paprikasoorten die het best passen bij wat de markt vraagt; in West-Europa is dat bijvoorbeeld een friszoete, niet-pittige vrucht, van een plant die makkelijk groeit en veel opbrengst voortbrengt. In Azië zijn hete pepers, directe familie van ‘onze’ paprika, populair. Hoe smaakvol, vitaminerijk of stevig een paprika is, wordt grotendeels bepaald door het genotype van de plant – haar erfelijke eigenschappen. In genenbanken over de hele wereld liggen collecties opgeslagen met genetisch materiaal van duizenden plantensoorten. Ook Wageningen heeft zo’n genenbank; die bevat zaden van meer dan 23 duizend rassen en wilde populaties. Veredelaars gebruiken genenbanken om gewassen te maken die bijvoorbeeld resistent zijn tegen ziekten en plagen.

De mogelijkheid om grootschalige DNA-sequentietechnieken toe te passen is zo goed en goedkoop geworden, dat dit nu mogelijk is

Een gewas kent vaak vele beschikbare varianten, maar telers kweken maar een relatief klein aantal. Foto: Arnaud Bovy

Handig, zou je zeggen. Toch was er één probleem: de informatie in genenbanken was lastig te ontsluiten. “Alle banken registreerden gegevens op hun eigen manier”, vertelt Wageningen Research-onderzoeker Arnaud Bovy. “We wisten dus niet welke plantgegevens zich wáár bevonden, of in hoeverre er duplicaten in collecties zaten. Bovendien werd alleen een gelimiteerd aantal fenotypische eigenschappen beschreven – de uiterlijke kenmerken van een plant. En vaker miste de genotypische informatie volledig.”

Van aardappel tot aubergine

Bovy werkt op de afdeling Plantenveredeling van Wageningen University & Research, en zijn team neemt deel aan een groot Europees samenwerkingsproject: G2P-SOL. Die afkorting (‘gee-two-pee-sol’) staat voor genotype to phenotype – Solanaceae, ofwel ‘van erfelijke eigenschappen naar zichtbare kenmerken bij Solanaceae-gewassen’. Bovy: “Dat is de nachtschadefamilie, waartoe onder andere aardappels en tomaten behoren. Wereldwijd zijn dat belangrijke gewassen voor de voedselproductie. Ons consortium bestaat uit partners die al jaren met deze gewassen werken.” Doel van G2P-SOL is om de genetische diversiteit in genenbanken over de hele wereld beter te catalogiseren én makkelijker beschikbaar te maken. Onder Europese leiding werkten onderzoekers van over de hele wereld de afgelopen vijf jaar samen. Ze karakteriseerden meer dan 50 duizend genotypen van vier Solanaceae-gewassen: tomaat, paprika, aardappel en aubergine.

“50 duizend genotypen is een gigantische hoeveelheid”, benadrukt Bovy. “De mogelijkheid om grootschalige DNA-sequentietechnieken toe te passen is zo goed en goedkoop geworden, dat dit nu mogelijk is.”

De genenbank van WUR bevat zaden van meer dan 23 duizend rassen en wilde populaties. CGN levert jaarlijks ongeveer 6.000 monsters uit aan honderden gebruikers. Foto: Guy Ackermans

Waarom is zo’n wereldwijde genenbank nuttig? Bovy: “In én buiten Europa staan we de komende jaren voor grote uitdagingen. Klimaatverandering natuurlijk, en ook de vraag hoe we voldoende voedsel kunnen blijven produceren voor een groeiende wereldbevolking. Daarom zoeken we naar gewassen die het goed doen in deze nieuwe omstandigheden. Die kun je vinden in genenbanken.” Telers kweken op dit moment maar een relatief klein aantal van alle beschikbare varianten binnen een gewas. “Dat is door de eeuwen heen ontstaan: je selecteert genotypen die het beste passen bij wat je wilt – bijvoorbeeld planten die een hoge opbrengst hebben. Maar misschien groeien andere varianten beter op een warmere aarde.” Ook bedrijven die op zoek zijn naar nieuwe toepassingen in de landbouw kunnen de genenbank goed gebruiken. “Denk aan verticale landbouw, waarbij je planten op meerdere etages boven elkaar laat groeien”, zegt Bovy. “In dit onderzoek vonden we bijvoorbeeld een paprikaplant die klein blijft, en waar alle vruchten aan de bovenkant van de plant groeien.”

Vingerafdruk

Hoe brachten wetenschappers alle genetische informatie onder in één systeem? In de onderzoekscentra kweekte men eerst zaailingen van die duizenden geselecteerde genotypen. “Vervolgens maakten we een ‘vingerafdruk’ van het DNA van de plant. Die DNA-profielen konden we vervolgens met elkaar vergelijken. Zo zagen we bijvoorbeeld dat sommige genotypen die onder een verschillende naam waren opgeslagen, in feite dezelfde zijn.” Uit alle data selecteerden de onderzoekers daarna een ‘core-collectie’ van zo’n vierhonderd genotypen, die uitgebreider werd onderzocht. “We teelden ze op verschillende plekken – onder andere in Frankrijk, Israël en Italië. Zo konden we zien hoe de groenten het doen in verschillende omstandigheden. Welke eigenstappen blijven stabiel, en welke worden juist enorm beïnvloed door de omgeving?” De projectteams keken bijvoorbeeld naar hoe een plant groeit en bloeit, naar de kleur, vorm, grootte en opbrengst. Maar ook naar of het gewas bestand is tegen hittestress en ziektes. “Hier bij Wageningen Research onderzochten we vooral de kwaliteit en voedingswaarde”, aldus Bovy. “Wij weten veel over eigenschappen van planten en de stoffen die ze bevatten. We willen leren hoe die stoffen gemaakt worden en aan elkaar gerelateerd zijn. Dat is ontzettend belangrijk om de onderliggende genen te kunnen identificeren.”

We teelden groenten op verschillende plekken – zo konden we zien hoe ze het doen in verschillende omstandigheden

Bij een nieuwe toepassing als verticale landbouw kan in de genenbank gezocht worden naar een variant die daarvoor geschikt is. Foto: Shutterstock

Zo ontdekten de Wageningse wetenschappers dat bepaalde geurstoffen van paprika’s alleen te vinden zijn in vruchten die ook capsaïcines bevatten – het stofje dat ze ‘heet’ maakt. Bovy: “De volgende vraag is natuurlijk hoe dat komt. Is er bijvoorbeeld een enzym dat de hete stoffen maakt, maar ook een rol speelt bij de vorming van geurstoffen? Ook hebben we een gen gevonden voor een hoog gehalte aan flavonoïden, een groep van natuurlijke antioxidanten. Flavonoïden staan erg in de belangstelling omdat ze mogelijk de gezondheid van mensen bevorderen.”

Professor Giovanni Giuliano, is de coördinator van het project en legt in deze video uit wat G2P-SOL onderzoekt.

Hoewel G2P-SOL een Europees project is, doen organisaties uit de hele wereld mee. Naast de onderzoeksinstituten kijken ook een aantal veredelingsbedrijven mee in het project. “Voor hen is het natuurlijk hartstikke interessant wat wij doen. Zo’n groot project levert ook veel nieuwe contacten en ideeën op, van waaruit je weer nieuwe projecten kunt starten.” Eind 2021 werd het project afgerond. Bovy: “Als laatste stap onderzoeken we welke regio’s in het DNA van een plant verantwoordelijk zijn voor hun eigenschappen. Dat is de proof of the pudding.” Tegelijkertijd, benadrukt hij, is dit pas het begin. “G2P-SOL geeft veel aanknopingspunten voor vervolgonderzoek. Met aubergine deden we in Wageningen tot nu toe weinig, maar op dat vlak is bij ons ook een goede kennisbasis ontstaan. Weet je: toen we hiermee begonnen waren veel deelnemers sceptisch – ik ook. Het aantal genotypen dat we wilden analyseren was zó groot en de begrote kosten per monster zó laag, dat we ons afvroegen of we het ooit zouden redden. En toch is het gelukt. Dat is waanzinnig.”

Europese onderzoekscontext

From genotype to phenotype - Solanaceae (G2P-SOL) draagt bij aan de volgende Europese beleidsuitdagingen:

  • De genetische diversiteit in genenbanken over de hele wereld beter catalogiseren én makkelijker beschikbaar maken
  • Gezond, veilig en duurzaam geproduceerd eten voor iedereen

Betrokken groepen vanuit Wageningen University & Research: Wageningen Plant Sciences, Laboratorium voor Plantenveredeling en Centrum voor Genetische Bronnen Nederland (CGN)

Betrokken Europese en andere landen: Bulgarije, Duitsland, Frankrijk, Israël, Italië, Nederland, Peru, Polen, Spanje, Taiwan, Turkije en Verenigd Koninkrijk

Looptijd: 2016 – 2021

Deel dit verhaal