De metamorfose van veredelde maïs

Na meer dan een halve eeuw gericht kruisen is het genoom van maïsplanten ingrijpend veranderd. Oude en nieuwe maïs verschillen nu net zoveel van elkaar als mens en chimp.

Maïsdiversiteit. Foto Keith Weller, USDA

Ongeveer 10.000 jaar geleden begonnen boeren in Zuid-Mexico een spriet met de naam teosinte te selecteren op korrelgrootte, bloeitijdstip en ziekteresistentie. Dat selectieproces bracht ons maïs, het meest geteelde gewas op aarde. Areaal: 160 miljoen hectare, veertig keer Nederland. En het heeft ons een enorme diversiteit aan maïsrassen opgeleverd: met allerlei vormen en kleuren kolven, schimmelresistenties, bloeitijden, droogtetoleranties, klimaataanpassingen en andere welkome eigenschappen.

Wat is er genetisch met die maïs gebeurd? Amerikaanse en Chinese onderzoeksinstituten beschreven dit gisteren in drie artikelen in Nature Genetics. De maïsonderzoekers bepaalden al het DNA van 456 oude en moderne maïsrassen en wilde maïsplanten. Vooral de afgelopen zestig jaar is de maïsevolutie snel gegaan, zo blijkt. De Amerikaanse veredelaars hebben maar liefst 2,5 procent van het maïs-DNA veranderd; in de Chinese rassen is bijna 2 procent aangepast. Daarmee verschillen de maïsrassen van vóór 1950 en moderne rassen genetisch dus net zoveel van elkaar als de mens en de chimpansee.

Dat de veredelingsindustrie zoveel heeft veranderd blijkt ook uit de productieverhoging na 1950. Sinds die tijd is de opbrengst in de VS, kampioen maïsverbouwer, verviervoudigd, van 2,5 tot tien ton per hectare. Dat is mede te danken aan een veredelingsindustrie gebaseerd op hoogproductieve, hybride maïszaden, die boeren niet zelf kunnen vermeerderen.

De moderne veredeling heeft „duizenden gebieden in het DNA” veranderd, schrijven de onderzoekers. In die veranderde gebieden, waarin samen 1835 genen liggen, zijn sommige genen extra gekopieerd, komen bepaalde zeldzame genvarianten (allelen) extra veel voor en zijn andere genen compleet verdwenen. Er zijn ook gebieden veranderd waarin geen genen liggen, en die dus kennelijk toch eigenschappen als korrelgrootte of ziekteresistentie beïnvloeden. Samen met de miljoenen genetische veranderingen die maïsboeren al vóór 1900 hadden doorgevoerd, en die volgens de onderzoekers nóg groter waren, zijn de uiterlijke verschillen tussen wilde maïs en moderne maïs wel te verklaren.

De genetische veranderingen zijn zichtbaar gemaakt in onvoorstelbaar lange rijen letters (basenparen) in het DNA. Alleen al de Chinese Landbouwuniversiteit in Beijing heeft 1,2 biljoen letters met elkaar vergeleken. Onderzoeksleider Jinsheng Lai licht aan de telefoon toe: „Als de bedrijven weten welke DNA-regio’s veredelaars de laatste decennia veranderd hebben en wat dat aan eigenschappen heeft opgeleverd, kunnen ze ervan leren en het nog beter doen.”

Bekend was al dat het DNA van maïs (2,4 miljard letters, 30.000 genen) variabel en veranderlijk is, ondanks eeuwenlange veredeling. Dat is ook te zien aan de enorme rijkdom aan eigenschappen. De genetische variabiliteit bleek zelfs groter dan gedacht. Het Beijing Genomics Institute (BGI) in Shenzhen en de universiteiten in New York, California en Wisconsin vonden samen meer dan 80 miljoen SNP’s (spreek uit: snips): letters in het DNA die in één of meer rassen afwijkend zijn. Toen de Amerikanen in 2009 eenzelfde exercitie deden met 27 maïsrassen, kwamen ze nog uit op ‘miljoenen plaatsen waar het DNA kan afwijken’.

Zulke afwijkingen zijn mogelijk interessant voor veredelaars. Misschien kunnen die extra veel droogteresistentie opleveren, of extra olie in de korrel. En door DNA te bepalen (wat steeds goedkoper wordt) kunnen bedrijven al in het laboratorium achterhalen welke planten een gewenste genetische afwijking hebben.

Rest de vraag of met zoveel genetische variatie en nieuwe technieken voor gericht kruisen en selecteren het rechtstreeks inbrengen van gevonden genen (genetische manipulatie dus) nog wel nodig is. Jinshen Lai zegt dat beide methoden elkaar aanvullen. Soms is kruisen beter, andere keren het gericht één of een paar genen inbrengen in een al goed aangepast hoogproductief ras. „Vanuit wetenschappelijk oogpunt gezien levert een combinatie van methoden de beste maïs op.”

    • Marianne Heselmans