Nu ook plantaardige gedrochten

Stel je voor. Muizen met hun neus op de rug, muizen met drie in plaats van twee poten aan de achterkant, of muizen met een staart op het voorhoofd. Zulke muizen bestaan nog niet - al zal de oppervlakkige krantelezer dat misschien gedacht hebben bij het zien van een foto van een muis met een menselijk oor op zijn rug. Het oor was echter van kunststof.

Toch zijn dit soort gedrochten wel al mogelijk. Zwitserse ontwikkelingsbiologen toonden in Science (24 maart 1995) foto's van vliegen met ogen op hun poten. Ook hadden ze vliegen geconstrueerd met ogen op de vleugels, en vliegen met ogen op de antennes. De onderzoekers hadden zelfs vliegen gemaakt met veertien ogen. De veertien ogen waren volledig intact, en reageerden ook op licht.

Plantkundigen van het Centrum voor plantenveredelings- en reproduktie-onderzoek (CPRO-DLO) in Wageningen zijn er in geslaagd, een zelfde truc uit te halen met de zaadbeginsels van petunia's (Plant Cell Vol. 7). Normaal maken deze sierplanten zaadbeginsels netjes in het beschermende voedingsweefsel van de vrouwelijke geslachtsorganen, de stampers. Maar de Wageningse onderzoekers lukte het om petunia's te maken met zaadbeginsels op de kelkbladeren en op de kroonbladeren. De verdwaalde zaadbeginsels zijn, net als de ogen op de vliegevleugels, compleet. Aanwezig is een eicel en een embryozak. Het is alleen niet waarschijnlijk dat ze ook bevrucht kunnen worden. Want voordat de knopjes op die kale bladeren kunnen uitgroeien tot een zaadje, zijn ze al uitgedroogd.

De truc om organen op verkeerde plaats tot ontwikkeling te laten komen zit hem in de gereedschapskist met ontwikkelingsgenen, die biotechnologen sinds een paar jaar ter beschikking hebben. Ontwikkelingsgenen zorgen er mede voor dat organen op de juiste plaats en op het goede moment groeien. Het zijn stukken DNA die coderen voor eiwitten die andere ontwikkelingsgenen aan het werk zetten, waarvan de eiwitten weer andere ontwikkelingsgenen aanschakelen, waarvan ook die eiwitten weer... enzovoort. Net zo lang tot het bewuste orgaan is volgroeid. Hierbij is sprake van een hiërarchie. Bovenaan staan de zogeheten mastergenen die de hele genencascade aan de gang zetten. Hebben biotechnologen eenmaal dit mastergen in handen dan kunnen ze het gen laten werken in willekeurige weefsels.

Om op de bloembladeren van petunia's zaadknoppen te krijgen, moesten de Wageningse plantenbiotechnologen eerst de ontwikkelingsgenen voor zaadknoppen isoleren. Dat lijkt op het zoeken van een speld in een hooiberg, gezien de enorme kluwen DNA die elke plantencel bevat. Maar de biotechnologen hebben hiervoor speciale 'magneetjes', namelijk de ontwikkelingsgenen die al zijn gevonden. Veel ontwikkelingsgenen bevatten dezelfde kleine deelstukjes DNA. Bij planten heten deze MADS boxen en bij dieren HOMEO boxen. De in de evolutie geconserveerde deelstukjes DNA binden aan elkaar. Zo pikt men met bekende ontwikkelingsgenen, een nieuwe klasse ontwikkelingsgenen op.

“Er zijn nu zo'n dertig ontwikkelingsgenen voor planten bekend waaronder voor wortels”, licht dr. G.C. Angenent van het CPRO-DLO het zoektraject toe. “Wij vonden in 1992 vijf ontwikkelingsgenen voor de vorming van meeldraden en kroonbladen. Daarmee konden we ook meeldraden krijgen op de plaats van kroonbladeren, en stampers op de plaats van meeldraden. Toen zijn we gaan zoeken of dit type ontwikkelingsgenen ook betrokken is bij zaadknopontwikkeling. Dit bleek inderdaad het geval.”

De Wageningers controleerden de vondst door de twee gevonden ontwikkelingsgenen voor zaadbeginsels in petunia uit te schakelen. Het resultaat is indrukwekkend. Waar gewone petunia's één stamper vormen met zaadbeginsels in de vorm van honderden opgestapelde, kleine witte knopjes, vormt de gemanipuleerde plant allemaal kleine stampertjes. Het meest verbazingwekkende is dat de miniaturen, die een soort dikke sliertjes vormen, ook complete stampers zijn. De plant heeft de passende naam 'spaghetti-mutant' gekregen.

Het CPRO-DLO heeft vervolgens in het planten-DNA extra van deze ontwikkelingsgenen voor de zaadbeginsels gebracht. Aan de genen zetten ze een sterke promotor, afkomstig van een virus. Zo'n stuk promotor-DNA zorgt ervoor dat het gen abnormaal goed werkt. Maar hoewel het construct in alle plantencellen zat, leidde het alleen in de kelk- en de kroonbladeren tot zaadbeginsels. “Oorspronkelijk werden zaadknoppen ook gevormd op bladachtige strukturen in plaats van in stampers”, legt Angenent uit. “Je ziet dat nog in primitieve planten zoals varens. Het betekent ook dat er toch meer nodig is voor de vorming van zaadbeginsels, dan alleen deze genen.”

Rest de vraag waarom biologen zulke organismen maken. Het CPRO-DLO heeft een duidelijke toepassing voor ogen - het hoopt hiermee een stapje dichter te komen bij de genen die de groei van embryo's uit eicellen sturen. Misschien is het mogelijk om daarmee de plant zo te manipuleren, dat eicellen ook zonder bevruchting uitgroeien tot zaad.

De zaadindustrie is in deze planten geïnteresseerd omdat het de zaadproduktie goedkoper maakt en omdat het nieuwe mogelijkheden biedt voor de veredeling. Ook boeren zouden, wanneer de techniek lukt, er voordeel bij kunnen hebben. Voor veel gewassen moeten ze nu elk jaar nieuwe zaden kopen omdat sexuele voortplanting in het veld leidt tot kwaliteitsverlies. Angement acht deze ontwikkeling echter onwaarschijnlijk. De zaadindustrie, denkt hij, zal de nieuwe techniek zo toepassen dat de vegetatieve zaadvermeerdering gecontroleerd blijft, anders zou het de eigen ondergang betekenen.