De ideale teeltplant is smaakvol en hoogproductief en tegelijkertijd resistent tegen ziekten en plagen. Maar als de relevante genen ver uit elkaar liggen op een chromosoom, kunnen sommige van deze positieve eigenschappen tijdens de fokkerij verloren gaan. Om ervoor te zorgen dat positieve eigenschappen samen kunnen worden doorgegeven, hebben onderzoekers van het Karlsruhe Institute of Technology (KIT) de CRISPR/Cas-moleculaire schaar gebruikt om negen tiende van een chromosoom om te keren en dus genetisch te deactiveren. De eigenschappen die op dit deel van het chromosoom worden gecodeerd, worden "onzichtbaar" voor genetische uitwisseling en kunnen dus onveranderd worden doorgegeven. De onderzoekers hebben over hun bevindingen gerapporteerd in Nature Plants .

Gerichte bewerking, invoeging of onderdrukking van genen in planten is mogelijk met de moleculaire schaar van CRISPR/Cas. (CRISPR staat voor Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats.) Deze methode kan worden gebruikt om planten weerbaarder te maken tegen plagen, ziekten of omgevingsinvloeden. "De afgelopen jaren hebben we voor het eerst CRISPR/Cas kunnen gebruiken, niet alleen om genen te bewerken, maar ook om de structuur van chromosomen te veranderen", zegt professor Holger Puchta, die al 30 jaar onderzoek doet naar toepassingen voor genenschaar. team van het Botanische Instituut van het KIT. "Genen zijn lineair gerangschikt langs chromosomen. Door hun volgorde te veranderen, konden we laten zien hoe gewenste eigenschappen in planten kunnen worden gescheiden van ongewenste."

Nu hebben de onderzoekers de genetische uitwisseling kunnen voorkomen die normaal gesproken deel uitmaakt van het erfelijke proces, maar de verbanden tussen eigenschappen kan verbreken. "We kunnen een chromosoom bijna volledig afsluiten, waardoor het onzichtbaar lijkt, zodat alle eigenschappen op dat chromosoom in een pakket kunnen worden doorgegeven", zegt Puchta. Als de eigenschappen van een plant tot nu toe samen zouden worden doorgegeven, moesten de genen voor die eigenschappen dicht bij elkaar op hetzelfde chromosoom liggen. Als dergelijke genen verder uit elkaar liggen op een chromosoom, worden ze meestal gescheiden tijdens de overerving, zodat een gunstige eigenschap verloren kan gaan tijdens het fokproces.

Leren van de natuur:chromosoommanipulatie voorkomt genetische uitwisseling

In hun onderzoek volgden de wetenschappers het voorbeeld van de natuur. "These reversals, or inversions—a kind of genetic invisibility—also occur frequently on a smaller scale in wild and cultivated plants. We've learned from nature and have applied and extended our knowledge about the natural process," says Puchta.

In collaboration with Professor Andreas Houben from the Leibniz Institute of Plant Genetics and Crop Plant Research (IPK), Puchta and his team inverted nine-tenths of a chromosome in the model organism Arabidopsis thaliana (thale cress). Only at the ends of the chromosome did the genes retain their original sequence. "With these fragments, the chromosome can be passed on to the next generation just like the other chromosomes and is not completely lost," says Puchta.

To breed crops efficiently, it is important to combine as many favorable traits as possible in one plant. "Of course plant breeders want their products to taste good, have as many vitamins as possible and also be resistant to disease. With our method, we can make that easier in the future," says Puchta. + Verder verkennen

Inheritance in plants can now be controlled specifically