Professor Margit Laimer is er in geslaagd om een 32.000 jaar oud zaadje van een plant in een reageerbuis weer tot bloei te brengen. Het is de oudste plant die ooit is gerecultiveerd. De plantencellen overleefden in de aarde van een arctische silica in de Siberische permafrostgrond. De biotechnoloog spreekt van een toevalstreffer.
“Nu kunnen we bestuderen hoe het genoom van deze plant is veranderd in de afgelopen 32.000 jaar. We hebben een ‘punt nul’ en we kunnen het nu vergelijken met zijn huidige familieleden.” De onderzoeker hoopt op boeiende wetenschappelijke bevindingen. Bijvoorbeeld het antwoord op de vraag hoe de evolutionaire ontwikkeling is verlopen.
Professor Laimer is onderzoeker aan het Instituut voor Moleculaire Biotechnologie van de Universiteit voor Bodemcultuur in Wenen.
Laimer werkt samen met Russische onderzoekers in een Oostenrijks/Russische project. De zaden zijn de oudste die tot nu toe zijn gevonden. Toen ze in het laboratorium van Svetlana Yashina van de Russische Academie van Wetenschappen in Pushchino aankwamen, was het niet duidelijk om wat voor plantensoort het ging. Zeven jaar later slaagde haar team erin de planten in vitro te kweken als weefselkweek.
Zij heeft de wetenschappelijke zorg voor de plant op zich genomen. Om hem in leven te houden wordt deze om de vier weken herplant op een nieuw voedingsmedium. “Het voedingsmedium bevat voedingszouten, suikers en hormonen die de planten tijdens de groei verbruiken”, legt ze uit.
Onbekende zaadsoorten
“De Russische wetenschappers zijn erin geslaagd om een Silene stenophylla, een anjerplant, te kweken van de onbekende zaadsoort. Er zijn vele soorten silena’s. De wetenschappelijke naam is nog niet helemaal zeker. We zien de Silene als een pionier. We kunnen ook andere zaden van de aarde kweken in vitro. Elke plantencel is in staat om het hele programma van de plant op te roepen en een hele plant te laten groeien. Alleen planten hebben deze eigenschap. Dat heet ‘totipotentie’.
De term is afkomstig van de Oostenrijkse botanicus Gottlieb Haberlandt, die in 1902 een artikel over dit onderwerp publiceerde aan de Oostenrijkse keizerlijke academie van wetenschappen. Totipotentie betekent dat de plantencel zijn hele genetische programma kan oproepen als het onder de juiste omstandigheden wordt bewaard. Het bewijs hiervan werd echter pas in 1939 geleverd. Haberlandt zelf is daar niet in geslaagd
Kweken onder gecontroleerde omstandigheden
“Bij ‘in vitro’ of bij weefselkweek kunnen we plantencellen stimuleren om onder nauwkeurig gecontroleerde omstandigheden te groeien. Als we de plant bijvoorbeeld in een kas zouden kweken, zouden er risico’s zijn op bijvoorbeeld een schimmelaanval, omdat de omstandigheden niet zo nauwkeurig kunnen worden gecontroleerd.
Wij werken met verschillende vaten die volledig steriel zijn en die het mogelijk maken om plantencellen te kweken onder gecontroleerde temperatuur en lichtomstandigheden. Om een nieuwe plant uit een cel te kweken, moet je echter een precieze beheersing van de weefselkweek hebben. Dit is een geweldige manier om genetische bronnen te behouden en je te ontdoen van ziekteverwekkers zoals virussen en fytoplasma’s, enz. Fytoplasma’s zijn bacteriële cellen die zeer mobiel zijn omdat ze geen celwand hebben, maar omringd zijn door een dunwandig membraan. Ze kunnen grote schade aanrichten in gecultiveerde planten. Er zijn meer dan 200 schadelijke fytoplasma’s ontdekt in gewassen. Helaas wordt in het onderzoek veel te weinig gekeken naar plantenziekten in het wild.”
Zoeken naar wijzigingen in het genoom
“Deze plant heeft de klimaatveranderingen niet meegemaakt. Het is spannend om te zien wat daardoor de verschillen zijn met de hedendaagse familieleden. Er kunnen genen zijn veranderd of de gen-expressie van verschillende organen. Als er bijvoorbeeld zo en zo veel nucleotiden (basen) zijn veranderd in deze plantensoort, dan kunnen we ervan uitgaan dat dit gepaard gaat met nieuwe eigenschappen. Bijvoorbeeld eigenschappen die aangeven dat het erg koud was toen de plant nog leefde. Dit is te vergelijken met onze alpenplanten, die door de opwarming van de aarde steeds verder de berg op gaan. Uit deze kenmerken kan men afleiden hoe de nakomelingen zich hebben aangepast aan de veranderende omstandigheden en welke vormen gunstig of ongunstig waren.”
Kijken hoe de plant omgaat met klimaatverandering
“Op die manier kunnen we concluderen hoe de plant omgaat met de klimaatverandering. Maar je zou hetzelfde kunnen doen met onze alpenplanten. Dit kan alleen op zeer lange termijn worden bestudeerd. Vervolgens zullen we het fenotype karakteriseren, wat de zichtbare morfologische kenmerken van een organisme zijn. Deze zijn het resultaat van de interactie tussen genetische en omgevingsfactoren. De studie van genotypische kenmerken toont ons de genetische samenstelling van een organisme, of de combinatie van erfelijke factoren achter een kenmerk. Daarbij willen we de veranderingen in het genotype van de huidige plant analyseren in vergelijking met de oerplant. Het onderzoek gaat zo’n 3 tot 4 jaar duren.”
In theorie onsterfelijke plant
Silene is een vaste plant die, afhankelijk van de omgevingsomstandigheden, ouder wordt dan twee jaar. Maar door de vegetatieve teelt in vitro is het voortdurend hetzelfde en dus theoretisch onsterfelijk. Op voorwaarde dat het regelmatig wordt overgebracht naar een nieuw kweekmedium.
“Bij een constante temperatuurt van zo’n 24 graden Celsius zal er in de winter geen sprake zijn van bladval en winterrust. Maar het is belangrijk om het medium zorgvuldig te controleren en de plant te voorzien van schommelingen via de lichtomstandigheden en het groeimedium. Dit is geen tropische plant die bij constante temperaturen leeft. Maar oude planten groeien sneller als je ze afwisseling geeft.”
Klimaat ten tijde van de oorspronkelijke plant was koud
“Ik kan niet ingaan op vragen over het klimaat van 30.000 jaar geleden. Maar ik weet zeker dat het koud was. Anders zou de mammoet niet harig zijn geweest. Ook de locatie van de plek in Siberië suggereert dat het koud is. Als we op expeditie gaan naar de regio waar de mammoet is gevonden, willen we ook weten of informatie over het klimaat mogelijk is. Daarom zullen geologen deel uitmaken van het team. Dit wordt een interdisciplinair onderzoeksproject.”
