Wageningen Universiteit en Researchcentrum
29 apr 2010
Nummer: R
Je kunt âm in Nederland op elke straathoek tegenkomen tussen de
trottoirtegels: de zandraket of Arabidopsis thaliana. Dit jaar viert
dit âonkruidâ zijn zilveren jubileum als modelplant van de
plantenwetenschappers. Onderzoek aan dit plantje heeft geleid tot
detailkennis van vrijwel alle moleculaire processen in planten.
De groep Plantenfysiologie van Wageningen University brengt de
karakteristieken van 360 Arabidopsis-varianten uit allerlei delen van
de wereld in kaart Plant Journal over de ontwikkeling van Arabidopsis
als modelplantje. Dat begon 25 jaar geleden. Koornneef kan het weten,
want hij stond mede aan de basis van de opmars van Arabidopsis
thaliana.
In 1983 publiceerde hij de eerste genetische kaart van de zandraket,
met daarop 76 genen. 'Het kostte veel moeite om het artikel
gepubliceerd te krijgen', herinnert hij zich. 'Arabidopsis was niet in,
het had als modelplant niet aan de verwachtingen uit de jaren zestig
voldaan.'
Maar na een wetenschappelijke congres in 1985 begonnen moleculair
biologen in de VS te werken met Arabidopsis en raakten ook
toponderzoekers in de genetica geïnteresseerd in het plantje.
Vervolgens kwamen er in de VS en de Europese Unie onderzoeksfondsen
beschikbaar; The rest is history. Tien jaar geleden werd - voor het
eerst van een plant - het complete genoom van de zandraket
gepubliceerd. Naar schatting twaalfduizend plantenonderzoekers doen
inmiddels onderzoek aan het plantje. 'We hebben zo'n honderdduizend
verschillende mutanten, waarbij steeds één gen is aan- of
uitgeschakeld', zegt Koornneef. 'Die kun je gewoon bestellen bij het
Stock centre voor nader onderzoek.' Er is kortom geen plantje waar we
meer van weten dan van de zandraket.
De Wageningse plantenwetenschappen hebben enorm geprofiteerd, zegt Ton
Bisseling, moleculair bioloog en directeur van de onderzoekschool
Experimental Plant Sciences (EPS). 'Veertig à vijftig procent van de
publicaties van EPS heeft Arabidopsis als onderzoeksobject. Nog eens
zo'n dertig procent is gerelateerd aan Arabidopsis - de kennis van
Arabidopsis is heel goed te vertalen naar gewassen. Dertig jaar geleden
zochten onderzoekers een eigen modelplant bij hun vraagstelling. Men
opereerde los van elkaar. Nu is Arabidopsis de verbindende schakel; de
disciplines passen zich aan aan het modelsysteem.'
Zandraket in Wageningen
Het onderzoek aan Arabidopsis werd vijftig jaar geleden door Wil
Feenstra vanuit de VS naar Wageningen gebracht. Toen Feenstra
hoogleraar werd in Groningen, bleef de Wageningse hoogleraar
Erfelijkheidsleer Jaap van der Veen werken met de zandraket.
Maarten Koornneef stond vanaf 1976 aan de basis van de opmars van de
zandraket als modelplant door zijn beschrijving van nieuwe typen
mutanten. Hij wordt door collega's gezien als de wereldautoriteit op
het gebied van Arabidopsis.
Inmiddels werken honderden Wageningse onderzoekers aan de zandraket. De
Wageningse geneticus Hans de Jong meent dat het gebouw Radix eigenlijk
Arabidopsis moet heten, omdat bijna alle onderzoekers in het gebouw
werken met deze modelplant.
Het aantal publicaties over Arabidopsis bij de onderzoekschool
Experimental Plant Sciences is groter dan over belangrijke
voedingsgewassen als aardappel en tomaat.
Â
Wat maakt het plantje zo aantrekkelijk?
Koornneef: 'Het heeft een klein genoom, slechts vijf chromosomen en 25
duizend genen. Bij andere gewassen, zoals erwt en gerst, is het genoom
al gauw dertig keer groter. Die andere gewassen bevatten niet meer
functionele genen, maar bevatten veel meer niet-coderend DNA, ook wel
junk-DNA genoemd. Het genoom van A. thaliana is dus heel functioneel.
Bijna alle basisprocessen in Arabidopsis hebben andere planten ook.
Verder is Arabidopsis een zelfbevruchter, wat een voordeel is bij de
bestudering van de overerving van eigenschappen. Ook heeft de plant een
korte generatieduur en een geringe afmeting, waardoor je de
onderzoekskosten relatief laag kunt houden. Tot slot is het handig dat
je gemakkelijk vreemd DNA kunt inbrengen.'
Wat heeft de zandraket ons geleerd?
Koornneef: 'Een voorbeeld is het functioneren van plantenhormonen op
moleculair niveau. Die spelen een rol bij alle ontwikkelingsprocessen
in de plant. De kennis over de biosynthese en de werking van deze
hormonen op biochemisch en moleculair niveau was beperkt. Nu weten we
van vrijwel elk hormoon bij welke processen het betrokken is. Bovendien
zijn via Arabidopsis nieuwe plantenhormonen ontdekt. Zo wordt de bloei
van planten gereguleerd door florigeen, een eiwithomoon dat vanuit een
blad naar de top van de plant wordt getransporteerd. Het gen dat
codeert voor dit bloeihormoon, is geïsoleerd in Arabidopsis. Uit nader
onderzoek blijkt dat dit gen in alle plantensoorten deze rol heeft. Het
mooie is ook dat deze ontdekking is gebaseerd op een mutant die dertig
jaar geleden door mijn toenmalige baas Jaap van der Veen is gevonden.
'Ook onze kennis over de ontwikkeling van het plantenembryo is
gebaseerd op onderzoek aan Arabidopsis, net als de kennis over
zaadkieming en wortelvorming. Allemaal fundamentele processen. Er is
een tabel gemaakt met belangrijke ontdekkingen op het gebied van de
invloed van licht op de ontwikkeling van planten. Eerst komen die
doorbraken uit onderzoek aan allerlei gewassen, na 1988 zijn bijna alle
belangrijke ontdekkingen in Arabidopsis gedaan.'
Wat kunnen veredelaars daarmee?
Koornneef: 'Veredelingsbedrijven willen bijvoorbeeld de smaak van de
tomaat verbeteren. Welke genen zijn daarvoor verantwoordelijk? De
onderzoekers kijken dan in Arabidopsis welke factoren het
vruchtrijpingshormoon ethyleen reguleren. In Arabidopsis is een mutant
gevonden waarin dit hormoon niet functioneerde en vervolgens is het
betreffende gen voor vruchtrijping geïsoleerd. Daarna kijken de
onderzoekers in de tomaat of dit gen daar ook verantwoordelijk is voor
vruchtrijping. Ze kunnen een calculated guess maken. Ze hoeven niet
twintigduizend genen te screenen, ze kunnen met minder dan tien genen
toe.'
'Je kunt zandraket-kennis ook gebruiken om transgene planten te maken.
Collega's in de VS hebben een set genen gevonden in Arabidopsis die
coderen voor droogteresistentie. Ze hebben dit setje gepatenteerd en
aangeboden aan een biotechbedrijf: Wil je dit setje inbouwen in maïs?
Er zitten transgene toepassingen van Arabidopsis-onderzoek in de
pijplijn in de VS.'
'Verder wordt de kennis toegepast bij het realiseren van resistentie
tegen ziekten. De ziekteresistentie in Arabidopsis is subtiel geregeld,
onze kennis daarover is diepgaand. Onderzoekers in Keulen hebben een
zeker mate van resistentie tegen de aardappelziekte Phytophthora
infestans gevonden op basis van onderzoek aan Arabidopsis en die kennis
vertaald naar de aardappel.'
Wie profiteert er van deze kennis?
Bisseling: 'Alle kennis is publiek toegankelijk. Er heerst een enorme
openheid in de Arabidopsis-gemeenschap. Dat is geen altruïsme, hoor.
Openheid is goed voor de wetenschappelijke ontwikkeling. Er worden bij
Arabidopsis soms genen gepatenteerd, maar veel minder dan bij gewassen.
Bij een gewas als tomaat is de toepassing veel belangrijker en doet men
wat geheimzinniger
Koornneef: 'Ik herinner me een Arabidopsis-congres in 1987 met veel
nieuwe mensen die onder meer overkwamen van het onderzoek aan de
fruitvlieg. Net als Arabidopsis was fruitvlieg een simpel
modelorganisme voor genetici met duizenden mutanten. Die groep mensen
bracht een gevoel van openheid mee, en een traditie dat snel kennis
uitwisselen dé manier is om vooruitgang te boeken. Dat heeft mede het
succes van Arabidopsis bepaald. Terugkijkend was het een gelukkige
keuze.' | Albert Sikkema
Top-3 Wageningse Arabidopsis-artikelen
1. Analysis of the genome sequence of the flowering plant Arabidopsis
thaliana.
Honderden auteurs, waaronder M. Koornneef; Nature 2000, 3219
keer geciteerd
2. Construction of integrated genetic-linkage maps by means of a new
computer package:
Join Map P. Stam; Plant Journal 1993, 603 keer geciteerd
3. Genetic control of light-inhibited hypocotyl elongation in
Arabidopsis thaliana (L) Heynh M. Koornneef,
E. Rolff, C.J.P. Spruit; Zeitschrift für Pflanzenphysiologie
1980, 535 keer geciteerd.
Â
Bovenstaand bericht is geproduceerd door de redactie van Resource, het
blad voor Wageningen UR (University & Research centre). Meer informatie
bij Pers- en wetenschapsvoorlichting van Wageningen UR, e-mail:
pers.communicatie@wur of bij de redactie van Resource, e-mail:
resource@wur.nl. Zie ook www.resource.wur.nl.