Werken met een internationaal team van veredelaars en genoomwetenschappers, plantenbiologen van de Universiteit van Georgia hebben het genoom van tuinasperges in kaart gebracht als een model voor de evolutie van geslachtschromosomen. Het werk werpt licht op al lang bestaande vragen over de oorsprong en vroege evolutie van geslachtschromosomen, en dient tegelijkertijd als basis voor het kweken van asperges.

Hun onderzoek, de eerste bevestiging van vroege modellen over hoe geslachtschromosomen uiteenlopen binnen dezelfde soort, werd vandaag gepubliceerd in Natuurcommunicatie .

Hoewel de meeste bloeiende planten hermafrodieten zijn, tuinaspergeplanten zijn meestal mannelijk (XY) of vrouwelijk (XX), hoewel YY "supermales" in de kas kunnen worden geproduceerd. Kwekers geven de voorkeur aan volledig mannelijke planten, omdat ze langer leven en niet uit zichzelf zaaien. Kwekers produceren volledig mannelijk XY-zaad door een XX-vrouwtje te kruisen, met een YY-supermannetje. Tot nu toe werden de verschillen tussen asperge X- en Y-chromosomen niet begrepen en konden fokkers XY-mannetjes niet onderscheiden van YY-supermannetjes zonder tijdrovende testkruisingen.

"Een van de dingen die we vrij vroeg in onze samenwerking konden doen, was het identificeren van genetische markers waarmee veredelaars XY-mannetjes efficiënt van YY-mannetjes konden onderscheiden en die YY-mannetjes vervolgens konden gebruiken om volledig mannelijk zaad te produceren. " zei Jim Leebens-Mack, hoogleraar plantenbiologie en senior auteur van de studie.

Het begrijpen van de genetische variatie in planten die XY- en YY-mannetjes mogelijk maakt, werd verbeterd door de identificatie van de genen die het geslacht bepalen, wat de weg vrijmaakt voor een efficiëntere ontwikkeling en productie van waardevolle hybride aspergeplanten.

"Naast een snellere identificatie van geslachtsgenotypen, onze medewerkers zijn nu in staat het Y-chromosoom van asperges te manipuleren om mannetjes in vrouwtjes of hermafrodieten te veranderen. In de nabije toekomst, fokkers kunnen alle lijnen oversteken die ze willen, zonder binnen een bepaalde lijn te hoeven zoeken naar het vrouwtje dat één set kenmerken heeft, en in een andere lijn voor een man met complementaire eigenschappen, ', aldus Leebens-Mack.

Vragen over de grote diversiteit aan seksuele systemen in planten gaan terug tot Charles Darwin, en een model met twee genen voor de oorsprong van geslachtschromosomen werd in het begin van de 20e eeuw bedacht door de Deense geneticus Mogens Westergaard. Maar de theorie was onmogelijk te testen door middel van analyses van de geslachtschromosomen van mensen en zoogdieren, waar divergentie van de X- en Y-chromosomen tientallen miljoenen geleden plaatsvond.

Bloeiende planten zoals asperges, echter, een recentere oorsprong hebben van gescheiden geslachten en geslachtschromosomen, een ideale gelegenheid om Westergaards twee-genenmodel te testen en tegelijkertijd gewasveredelingsprogramma's te ondersteunen.

De onderzoekers ontdekten dat, zoals voorspeld door Westergaard en anderen, koppeling van een gen dat nodig is voor de mannelijke functie met een gen dat de ontwikkeling van vrouwelijke organen op een klein deel van het Y-chromosoom belemmert, was het startpunt voor de evolutie van asperges-geslachtschromosomen.

"In de afgelopen honderd jaar evolutionaire biologen hebben verschillende manieren geopperd dat een gewoon paar chromosomen kan evolueren tot een X- en Y-paar dat het geslacht bepaalt, " zei Alex Harkess, voormalig doctoraatsstudent in het Leebens-Mack-lab en hoofdauteur van het onderzoek. "Ons werk bevestigt een van deze hypothesen, wat aantoont dat een geslachtschromosoompaar kan evolueren door mutaties in slechts twee genen - een die de ontwikkeling van pollen (mannelijk) beïnvloedt, en een die de ontwikkeling van de stamper (vrouwelijke) beïnvloedt."

"Kwekers dromen al tientallen jaren van het manipuleren van geslachtsbepaling in tuinasperges, ", zegt co-auteur Ron van der Hulst van veredelingsbedrijf Limgroup in Nederland. "Door de identificatie van geslachtsbepalende genen in asperges kunnen we nu planten produceren met mannelijke, vrouwelijke en biseksuele bloemen, en de ontwikkeling van inteeltlijnen enorm versnellen om elite hybride zaad te produceren."

Medeauteur en Italiaanse aspergeveredelaar Agostino Falavigna merkte ook op dat het referentiegenoom voor tuinasperges hem en andere veredelaars in staat zal stellen om wilde verwanten efficiënter te gebruiken als bronnen voor genen die de ziekteresistentie zouden kunnen verbeteren, speer kwaliteit, smaak, aroma en antioxidantgehalte.