Hoop voor mensen met een glutenallergie: wetenschappers ontcijferen het tarwegenoom

Een groep van meer dan 200 onderzoekers uit 20 landen (IWGSC) had ongeveer 13 jaar nodig om het complexe genoom van tarwe (bijna) volledig te ontcijferen. Dankzij deze nieuwe bevindingen kunnen we nu hopen dat we in de nabije toekomst niet alleen nieuwe, hoogproductieve tarwesoorten sneller kunnen kweken, maar ook intolerantie voor bijvoorbeeld gluten kunnen oplossen.

“We hebben één tarwevariëteit, de Chinese Lente, onderzocht”, zegt Dr. Manuel Spannagl van Helmholtz Zentrum in München, die samen met het Leibniz Institute for Plant Genetics and Crop Plant Research (IPK) Gatersleben een leidende rol in de studie speelde. Deze tarwevariëteit is “de laboratoriumrat” voor tarweonderzoek, legt hij uit. Hoewel deze tarwe niet meer te vinden in het veld, is het “de modelplant geworden waarover de wetenschappers het eens zijn geworden. Het gen is 94% compleet.”

Chinese lente is een broodtarwe en volgens Dr. Spannagl is het genetisch complexer dan durumtarwe. “Broodtarwe heeft drie subgenomen. Het is ontstaan door een kruising van een durumtarwe met twee subgenomen en een grasvariëteit die slechts één subgenoom heeft. Daarom heeft het drie sub-genomen. Durumtarwe, die wordt gebruikt voor deegwarenproductie, heeft slechts twee subgenomen, en – echt waar – mensen hebben maar één subgenoom. Het menselijk genoom bevat ongeveer 20.000 genen, dat van broodtarwe om precies te zijn 107.891.

Meer complex genoom in tarwe dan in mensen

“Dus dat betekent dat tarwe complexer is dan mensen”, zegt Spannagl. “Sommige planten hebben een veel grotere genetische samenstelling, met veel meer genen dan mensen. Broodtarwe is daar een goed voorbeeld van, maar het is ook niet het einde van het verhaal.”

De broodtarwe was echter “al een heel moeilijk genoom om te kraken”. Het volledig sequencen van het genoom leek daarom lange tijd onmogelijk. “Hoe meer subgenomen een organisme heeft, hoe ingewikkelder het is om te sequencen en te analyseren. De drie sub-genomen geven ons drie exemplaren van elk gen”, zei de wetenschapper. “Dit maakt het zeer interessant, maar ook zeer complex.”

In de toekomst kunnen de onderzoekers misschien zelfs 100% van het genoom kraken, maar dat is niet zo belangrijk, zegt Spannagl. “Er zijn nog steeds enkele gebieden van het genoom die zeer moeilijk te sequencen zijn omdat ze bestaan uit steeds terugkerende sequenties. Voor de meeste toepassingen en de meeste vragen is het waarschijnlijk niet eens nodig om het genoom op 100% te doorgronden. “We gaan ervan uit dat we in de 94% die we nu hebben, de meeste of alle genen hebben afgedekt. De 6%, die nog ontbreekt, bevat hoogstwaarschijnlijk alleen repetitieve elementen, maar is niet verantwoordelijk voor eiwitten.”

Wetenschappers hopen dat de resultaten van hun onderzoek zullen leiden tot een aanzienlijke versnelling van de veredeling met innovatieve en gerichte methoden, “waarbij ook meer gebruik wordt gemaakt van genomische informatie waarbij een specifiek gen feitelijk op het genoom ligt”. Het kweken van een nieuwe tarwevariëteit duurt tot nu toe zo’n tien jaar. Aangezien tarwe, volgens een publicatie van de onderzoeksgroep, het basisvoedsel is voor meer dan een derde van de wereldbevolking en goed is voor bijna 20 procent van de calorieën en eiwitten, zou dit een belangrijke stap zijn voor mensen wereldwijd. In ongeveer twee tot drie jaar, moet het eerste succes in het gebruik van het genoom voor de kwekerij zichtbaar zijn, veronderstelt Spannagl.

Maar verwacht niet dat hiermee in de toekomst een tarwe zal ontstaan die bijvoorbeeld niet meer dik maakt. “Ik denk van niet,” lacht Spannagl. “Dat zou leuk zijn, maar het gaat vooral om resistentie tegen plagen. We hebben nu één soort tarwe ontrafeld, maar er zijn natuurlijk duizenden variëteiten, waarvan sommige zeer verschillende kenmerken hebben. Er zijn ook een aantal die van nature resistent zijn tegen sommige plagen. Veel van de variëteiten die we op het veld hebben, hebben een hoge opbrengst, maar zijn zeer gevoelig voor ongedierte. Juist deze rassen moeten nu resistent worden gemaakt tegen plagen. “Het is zeer interessant om te weten dat dit gen verantwoordelijk is voor resistentie tegen een bepaalde ziekteverwekker.”

Spannagl wil iedereen die nu bang is voor genetisch gemanipuleerde tarwe geruststellen. Deze resistenties kunnen worden bereikt met een volledig normale, conventionele veredeling, zegt hij. “Dat heeft niets te maken met gentechnologie. Hetzelfde zou men kunnen doen met gentechnologie, maar het kan dus ook met conventionele veredeling. Dit zijn twee verschillende sporen, het resultaat is hetzelfde.”

Met de CRISPR genenschaar, waarover het Europees Hof van Justitie zich onlangs uitsprak, zou het resultaat misschien nog sneller bereikt kunnen worden, “in principe is zoiets mogelijk door de informatie over genetisch materiaal die nu beschikbaar is, maar ook door conventionele veredeling”.

Hoop voor allergiepatiënten

In een bijkomende studie analyseerden de onderzoekers ook de genen betrokken bij allergieën. Dat is bijvoorbeeld goed nieuws voor iedereen die glutenintolerant is. “Dankzij de aanwezigheid van genetisch materiaal konden we voor het eerst alle genen die verantwoordelijk zijn voor de verschillende tarwe-intoleranties ophelderen. Er zijn niet alleen gluten, maar veel verschillende intoleranties”, zegt Spannagl. Om dit te bereiken moesten de wetenschappers duidelijk maken welke genen zich daar bevinden en welke taken individuele genen hebben: “We hebben geen nieuwe genen gevonden die hiervoor verantwoordelijk zijn, de meeste waren al bekend, maar we hebben ze nu wel precies op het genoom kunnen vangen. Dit is de voorwaarde voor het kweken van tarwevariëteiten die minder gluten of minder van de allergene stoffen bevatten.”

“Er zitten drie subgenomen in het tarwegenoom en dus drie kopieën van elk gen. Als elk gen en zijn drie kopieën nu volledig tot expressie komen, dus vertaald worden in een eiwit, dan is plotseling de drievoudige hoeveelheid van deze eiwitten beschikbaar,” legt Spannagl uit.

Spannagl benadrukt dat dit alles erg opwindend is omdat, net als het menselijke genoom, eerdere plantengenomen die werden onderzocht, bijvoorbeeld rijst of maïs, slechts één subgenoom hebben. “Ze waren veel eenvoudiger, ze hadden deze drie subgenomen niet. Dit is de eerste keer dat we een organisme met grassen of granen hebben dat deze drie subgenomen heeft en dat we tot in detail hebben kunnen bekijken.”