Systeembiologie van gewasopbrengst

Onderzoeker:  Dirk Inzé (UGent)

De wereldwijde vraag naar van planten afgeleide producten zoals levensmiddelen, diervoeding, bouwmaterialen en biobrandstoffen blijft de komende jaren stijgen, terwijl het landbouwareaal niet toeneemt. Daarom is er dringende nood aan hogere  gewasopbrengsten per oppervlakte-eenheid. En liefst zonder een verhoogde milieu-impact. Het zijn deze problemen die Dirk Inzé en zijn team inspireren.

Gewasopbrengst en de productie van biomassa blijken complexe eigenschappen te zijn waarin vele factoren een rol spelen. Het samenspel van fysiologische processen zoals fotosynthese, opname van water en mineralen, mobilisatie van zetmeel- en vetreservesen stresstolerantie bepaalt in welke mate planten de middelen hebben om nieuwe of grotere organen te vormen. Van de moleculaire mechanismen die aan de basis van dit alles liggen is vandaag nog weinig gekend.
 

Opbrengst verhogende genen

Onderzoek in Arabidopsis thaliana (‘zandraket’) heeft een aantal genen opgeleverd die de plantengroei en de grootte van plantenorganen, zoals bladeren sterk verhogen. Verder onderzoek richt zich nu op het achterhalen van de moleculaire mechanismen die aan de basis van de verhoogde opbrengst (met name bladgrootte) liggen. Daarnaast worden verschillende groeibevorderende genen met elkaar gecombineerd, wat weer verrassende inzichten oplevert. Dit alles met het doel de knooppunten in de complexe netwerken en interacties te vinden die bepalend zijn voor de gewasopbrengst. Het sleutelen aan die knooppunten kan dan  leiden tot de ontwikkeling van planten die op een gerichte wijze een verhoogde gewasopbrengst geven.
 

Stress tolerantie

Planten kunnen niet gaan schuilen voor de zon. Een goede stresstolerantie is daarom mede bepalend voor de garantie op  een goede opbrengst. De groep van Inzé bestudeert de mechanismen waarmee planten zich kunnen beschermen tegen droogte. Door de opwarming van de aarde zal watergebrek een zeer belangrijke limiterende factor worden in de voedselproductie. Het verkrijgen van planten met een verhoogde tolerantie aan watertekort heeft zeer belangrijke implicaties op wereld niveau.


Modelsystemen Arabidopsis en maïs

Het onderzoek naar gewasopbrengst en plantenorgaangrootte  vindt plaats in twee modelsystemen: Arabidopsis thaliana (‘zandraket’) en maïs. Zandraket is het belangrijkste modelsysteem in het plantenonderzoek – vergelijkbaar met de laboratoriummuis in het biomedisch onderzoek – maar omdat het een ‘dicotyl’ is (een tweezaadlobbige plant), kan het niet 100% model staan voor de monocotylen (de éénzaadlobbigen: de grasachtige planten). De moncotylen leveren de belangrijkste voedselplanten op aarde (rijst, tarwe, mais,…). Maïs is een belangrijk model voor monocotyle planten. Dit gewas  staat tevens in  voor de vertaling van de onderzoeksresultaten naar een voor de landbouw relevant gewas.
 

Een belangrijke rol voor bio-informatica

Doordat gewasopbrengst en productie van biomassa complexe eigenschappen zijn waarin vele factoren met elkaar verweven zijn, is het noodzakelijk de planten vaak in al hun complexiteit te bestuderen. Daarbij worden experimenten gedaan naar het geheel van de genen, het geheel van de transcripten of het geheel van de eiwitten, enz. Voor de interpretatie van de resultaten van dergelijke experimenten is het noodzakelijk om steeds meer bio-informatica in te schakelen. Het finale doel is het complex samenspel van de vele genen die bij groei betrokken zijn te modelleren en deze kennis aan te wenden om de productiviteit van planten aanzienlijk te verhogen.
 

Duurzame economie

Het onderzoek van Dirk Inzé past ook in het speerpuntprogramma Biotechnologie voor een duurzame economie, dat een link wil leggen tussen de productie van biomassa (groene biotechnologie) en de verwerking ervan op industriële schaal (witte biotechnologie).
 

Animatie plantenbiotechnologie

In deze animatie toont VIB het belang van het biotechnologisch onderzoek naar planten. Dat kan leiden tot gewassen met een hogere opbrengst of resistentie tegen ziekten. 

 
Loading the player ...

 

Download de animatie hier in lage resolutie (mov - 86 MB)

Download de animatie in hoge resolutie (mov - 333 MB)

 

Arabidopsis thaliana