Genoomproject voor Eigenheimers en trostomaten
Het bepalen van de DNA-volgorde van tomaat of aardappel is (binnenkort) een fluitje van een cent. Het echte werk, het begrijpen, komt pas daarna. In Wageningen zijn Roeland van Ham en collega’s al een eind op dreef.
Superpieper
- Roeland van Ham, bioinformaticus aan de Wageningse Universiteit en Researchcentrum.
Voor veredelaars van aardappel en tomaat is het erg handig om over de DNA-volgorde van deze gewassen te beschikken. Als zij precies weten waar welke goede en slechte eigenschappen zich bevinden kunnen zij gemakkelijker en sneller de planten selecteren waarin zoveel mogelijk gewenste en zo min mogelijk ongewenste eigenschappen zitten. Roeland van Ham, bioinformaticus aan de Wageningse Universiteit en Researchcentrum: "Als je eenmaal de genetische basis voor alle goede eigenschappen in handen hebt, kun je in principe een supervariant van de aardappel veredelen."
Genen onderscheiden
Wageningse onderzoekers zijn druk bezig om de volgorde van het DNA van aardappel en tomaat te bepalen. Beide planten bevatten ongeveer een miljard basenparen. Dat doen ze samen met collega’s in andere landen. Op korte termijn zal die klus geklaard zijn. Het resultaat zal een lange lijst van de DNA-basen G, A, T, C zijn. In die code zitten de genen van aardappel en tomaat verstopt, de delen van het DNA die via RNA in eiwitten kunnen worden vertaald. Omdat de codes van genen typische kenmerken bezitten, kan de bioinformaticus vrij snel de genen onderscheiden van het omringende DNA. Structurele genoomannotatie heet die klus. Het resultaat is een kaart van de genen van aardappel en tomaat.
Megasequencer
- DNA-volgorde.
Het bepalen van DNA-volgorden, het sequencen, zal steeds sneller gaan. Van Ham: "Binnenkort beschikken we over een megasequencer, waarmee we enkele honderden miljoenen DNA-codes (basenparen) binnen een etmaal kunnen aflezen. Daarmee lijkt het sequencen van al het DNA van aardappel en tomaat (voor beide een miljard basenparen lang) een kwestie van dagen te worden." Omdat elk genoom met het nieuwe type machines wel twintig keer moet worden gesequenced voor een goed resultaat is het toch nog wel even werk, niet alleen in het lab maar ook voor de bioinformatici die achter de computer het genoom in elkaar puzzelen. Van Ham: "Wel verwachten we zowel voor tomaat als aardappel dat volgend jaar één van de twaalf chromosomen in beide gewassen in Nederland af te hebben."
Functie genen
De volgende stap is veel moeilijker; het bepalen van zoveel mogelijk functies van die genen. Planten hebben genen voor tal van functies als groei, structuur, voortplanting, fotosynthese en verdediging tegen plagen. De onderzoekers doen dit door van elk gen de DNA-volgorde te vergelijken met die van andere planten. Het kleine plantje de zandraket is daarbij van groot belang. Van de zandraket is de DNA-volgorde al enkele jaren bekend en er is veel onderzoek gedaan naar de functies van de genen. Als een aardappelgen sterk op een gen van zandraket lijkt, is de kans groot dat ook de functie van het gen dezelfde is.
Meer genen dan de mens
Opmerkelijk is dat het aantal genen van de zandraket en vele andere planten groter is dan bij de mens en andere zoogdieren. Zo heeft de zandraket bijna 26.000 genen, terwijl de mens er hooguit 23.000 heeft. De complexiteit van de mens zit dan ook niet zo zeer in het aantal genen, maar in de variatie in activiteit per gen. Genen worden eerst vertaald in RNA en RNA weer in eiwit. Van een gen kunnen tientallen verschillende boodschapper-RNA's worden afgeschreven en vormen zich tientallen verschillende eiwitten, elk mogelijk met net weer een andere functie. We vermoeden dat de aantallen verschillende eiwitten per gen bij planten veel minder groot zijn dan bij de mens. Daarom onderzoeken we bij rijst en de zandraket hoeveel verschillende boodschapper-RNA's en dus eiwitten, er kunnen ontstaan.
Kleine RNA's
Heel 'hot' zijn nu microRNA's. Dat zijn zeer korte RNA-moleculen die ook een rol blijken te spelen in het netwerk van genen en vorming van eiwitten. Dat doen ze door de activiteit van genen te blokkeren. Nu zijn de microRNA's zelf lastig op te sporen, dus richten van Ham en collega’s zich op het genoom, het DNA. Net als de langere boodschapper-RNA's die worden afgeschreven van de genen, zijn er plaatsen in het DNA van de plant waar code voor de microRNAs is vastgelegd. Als je weet wat die microRNA's gemeenschappelijk hebben, kun je op basis van de DNA-volgorde van het genoom die volgordes vinden. Dat speurwerk doen van Ham en zijn groep met behulp van software. Uiteindelijk moet dat werk leiden tot een overzicht van alle microRNA's van verschillende planten op een website. Voor elke microRNA wordt daarbij aangegeven welke genen en dus welke eigenschappen deze beïnvloedt. Ook dat is weer handig voor veredelaars.
Naar een andere schaal
De komst van megasequencers, in combinatie met software om het DNA snel te analyseren biedt de wetenschap sinds een jaar of twee ongekende mogelijkheden. "We waren een beetje 'sequence-moe'", aldus van Ham, "maar de technologie die nu aantocht is, dat is van een compleet andere grootteorde. Er zijn ook al apparaten waarmee een onderzoeker meer dan een miljard basenparen per keer bepalen. Binnen enkele jaren zal met dergelijke sequencers het '1000 dollargenoom' binnen handbereik komen: de bepaling van de gehele DNA-volgorde van een individuele mens of van een aardappel kost dan nog slechts 1000 dollar."
