Tel Aviv Universiteit: Nieuwe Israëlische methode kan tomaten smakelijker en sterker maken

PhD-student Amichai Berman. Foto: Tel Aviv Universiteit

Onderzoekers van de School of Plant Sciences and Food Security van de Universiteit van Tel Aviv hebben een genetische bewerkingsmethode ontwikkeld die geschikt is voor landbouwgewassen.

Deze methode stelt hen in staat om een ​​breed scala aan eigenschappen van tomaten te beïnvloeden , waaronder de smaak en vorm van de vrucht. Het team is ervan overtuigd dat de innovatieve technologie toepasbaar is op veel soorten gewassen en kan bijdragen aan de ontwikkeling van nieuwe en verbeterde rassen.

"We hebben aangetoond dat onze technologie ons in staat stelt om specifieke eigenschappen te selecteren en aan te passen, een essentiële mogelijkheid om de landbouw te bevorderen en voedselzekerheid te bereiken", aldus de onderzoekers.

Het onderzoek werd geleid door prof. Eilon Shani en promovendus Amichai Berman, in samenwerking met prof. Itai Miroz en andere onderzoekers van de School of Plant Sciences and Food Security, en dr. Osnat Yanai van het Israëlische agritechbedrijf NetaGenomiX. Ook wetenschappers van de Chinese Academie van Wetenschappen in Peking namen deel. De bevindingen werden gepubliceerd in Nature Communications.

Prof. Shani legde uit dat onderzoekers wereldwijd werken aan de verbetering van de landbouw om de uitdagingen van snelle wereldwijde veranderingen het hoofd te bieden en een groeiende bevolking in de komende decennia te voeden. Naast andere strategieën worden genetische modificatietechnologieën gepromoot om nieuwe plantenrassen te ontwikkelen met gewenste eigenschappen, zoals verbeterde weerstand tegen droogte en ziekten, een betere smaak en een efficiënter gebruik van voedingsstoffen.

Foto: Universiteit van Tel Aviv

Een van de belangrijkste hulpmiddelen op dit gebied is het CRISPR-Cas9-systeem, dat een revolutie teweegbracht in genetische bewerking door precieze wijzigingen in specifieke genen binnen een genoom mogelijk te maken. Bij de ontwikkeling van gewassen stuit CRISPR echter op verschillende fundamentele uitdagingen. Hoewel de technologie gerichte bewerking van individuele genen mogelijk maakt, was de omvang beperkt: tot nu toe kon slechts een klein aantal genen worden bewerkt en getest.

In hun nieuwe onderzoek hebben de onderzoekers de efficiëntie van de methode aanzienlijk vergroot, waardoor ze de functies van duizenden genen kunnen onderzoeken.

Een ander obstakel bij landbouwgewassen is 'genetische redundantie', een fenomeen waarbij meerdere genen uit dezelfde familie vergelijkbare aminozuursequenties delen en elkaar compenseren. Hierdoor heeft het uitschakelen of bewerken van één enkel gen vaak weinig effect op de eigenschap. In eerder werk ontwikkelde het team een ​​baanbrekende oplossing om dit probleem te overwinnen.

"Om genetische redundantie te voorkomen, wilden we tegelijkertijd hele families van vergelijkbare genen bewerken", aldus Berman. "We ontwikkelden een speciaal algoritme en voerden het een lijst in met duizenden genen die we wilden targeten. Het algoritme identificeerde een CRISPR-eenheid voor elk gen – of elke gengroep – die de gewenste verandering teweeg zou brengen, wat in feite een CRISPR-bibliotheek opbouwde."

In hun eerste onderzoek werd de methode succesvol getest op de modelplant Arabidopsis. In de huidige studie testten de onderzoekers de methode voor het eerst op een gewas: de tomaat.

Ze construeerden 10 CRISPR-bibliotheken met ongeveer 15.000 unieke CRISPR-eenheden, afgestemd op het tomatengenoom. Elke eenheid was ontworpen om een ​​specifieke genfamilie te targeten. Vervolgens gebruikten de onderzoekers de CRISPR-eenheden om ongeveer 1300 tomatenplanten genetisch te modificeren, elk met een andere genfamilie.

Ze controleerden elke plant om te bepalen of de geselecteerde eigenschappen, zoals vruchtgrootte, vorm, smaak, voedingsgebruik of plaagresistentie, waren veranderd. Verschillende lijnen vertoonden een hogere of lagere zoetheid in vergelijking met controleplanten.

De onderzoekers merkten op dat genetische modificatie bij tomaten – en bij landbouwgewassen in het algemeen – een technisch complex proces is. In plaats van te beginnen met zaden, is het proces gebaseerd op weefselkweken: het regenereren van hele planten uit bladsegmenten.

"In deze studie hebben we met behulp van onze innovatieve methode met succes gewenste genetische veranderingen in tomatengenfamilies geïntroduceerd en vastgesteld welke specifieke bewerkingen de gewenste resultaten opleverden", aldus prof. Shani.

NetaGenomiX, het Israëlische agritechbedrijf dat meewerkte aan het onderzoek, heeft een licentie gekregen om de technologie op de markt te brengen. Het doel is om de voedselzekerheid te ondersteunen door ggo-vrije gewassen te ontwikkelen die zijn aangepast aan klimaatverandering en waarde bieden aan zowel boeren als consumenten.

"Wij geloven dat ons onderzoek de weg vrijmaakt voor het veredelen van verbeterde gewasvariëteiten voor een breed scala aan soorten en een bredere ontwikkeling van de plantenwetenschap betekent", concludeerde Berman. "In toekomstige studies werken we aan de ontwikkeling van extra gewenste eigenschappen in zowel tomaten als rijst."