Onderzoekers van Wageningen University & Research (WUR) hebben samen met KeyGene een methode ontwikkeld waarbij plantencellen in hormoonloze groeiomstandigheden kunnen uitgroeien tot volledige planten. De nieuw ontwikkelde methode kan plantenveredelaars helpen om de ontwikkeling van innovatieve rassen van allerlei gewassen te versnellen. De veelbelovende bevindingen zijn gepubliceerd in het wetenschappelijke tijdschrift The Plant Cell.
Sommige planten hebben het vermogen om een wortel, blad of zelfs een volledige plant te laten groeien vanuit één enkele plantencel. “Dat proces noemen we regeneratie,” vertelt Jana Wittmer, onderzoeker op het gebied van celbiologie bij Wageningen University & Research. “Dit kan doordat een specifieke cel, zoals een wortel- of bladcel, wordt omgezet naar een ongedifferentieerde staat, oftewel een stamcel. Vanuit de stamcelstatus kan een cel zich helemaal opnieuw specialiseren en uitgroeien tot een wortel of blad of zelfs tot een volledig nieuwe plant.”
Plantensoorten behouden
“Regeneratie is een veelgebruikte praktijk in de landbouw, bijvoorbeeld bij de veredeling van planten,” zegt Wittmer. “Met regeneratie zorg je ervoor dat bij het vormen van nieuwe planten het genoom van de originele plant identiek in het nageslacht terecht komt. Zo kun je de genetische opmaak van een plant of een plantensoort in opeenvolgende generaties behouden. Bij het proces van regeneratie gebruiken veredelaars tot nu toe plantenhormonen. Deze voegen ze toe aan het groeimedium waarin een plant of een deel daarvan zich bevindt. Vaak zijn dit jonge plantendelen, omdat oudere gedifferentieerde weefsels minder goed reageren op een hormoonbehandeling. Door het hormoonregime – dat de ontwikkeling en groei van een plant regelt – aan te passen, kunnen we de ontwikkeling van stamcellen sturen, waardoor ze bijvoorbeeld tot wortels of scheuten uitgroeien.”
Nadelen hormoonbehandeling
“Maar,” zo vervolgt Wittmer, “aan regeneratie met behulp van hormonen zitten ook nadelen en beperkingen. Het proces is heel bewerkelijk en tijdrovend. Je moet namelijk eerst experimenteel bepalen welke behandeling het beste werkt voor de plant. Elke plantensoort heeft een ander hormoonregime. En zelfs binnen een soort kunnen de regimes verschillen. Daarbij komt ook nog dat we voor nogal wat gewassen, zoals paprika en komkommer, momenteel nog geen hormoonregime hebben waarbij we het proces reproduceerbaar kunnen uitvoeren. Regeneratie met hormonen lukt dus niet altijd, en als het wel kan, kost het veel tijd en werk. En dat betekent weer veel kosten.”
Alternatieve methode
De onderzoekers zijn daarom op zoek gegaan naar een alternatieve manier van regeneratie, zónder hormonen. Hierbij werden ze geïnspireerd door een Nobelprijs-winnende methode die bij dieren is toegepast. Wittmer: “Deze techniek wordt ook wel ‘geïnduceerde pluripotente stamcellen’ genoemd. In het geval van een plant gaat de regeneratie via een transient (tijdelijk) stadium waarin wortelstamcellen worden gemaakt. Omdat onze groep al jaren werkt aan wortelstamcellen, kennen wij de genen die belangrijk zijn voor deze stamcellen. Vervolgens test je verschillende combinaties van deze genen om te kijken of je cellen kunt ‘herprogrammeren’ naar een stamcel. Van hieruit kan de cel zich ontwikkelen tot elk type orgaan.”
Werkt bij breed scala planten
Door middel van experimenten slaagden de onderzoekers erin planten te regenereren zonder toevoeging van hormonen. Het meest verrassende was volgens Wittmer dat ze hiervoor slechts twee genen nodig hadden om cellen aan te zetten tot regeneratie. “Vervolgens hoef je niets te doen, de plantencellen organiseren zichzelf. Vanuit een blok cellen ontstaat weer een hele plant. We hebben bewezen dat dit werkt bij de modelplant Arabidopsis, maar ook bij gewassen als tomaat, sla en paprika. De techniek is in principe dus toepasbaar op een breed scala aan plantensoorten. Ook soorten die net zoals paprika niet reageren op hormonen of waarvoor we nog geen geschikte hormoonbehandeling hebben gevonden.”
Bespaart veel tijd en werk
“Het overbodig maken van het gebruik van hormonen bij regeneratie kan veredelaars dus een hoop tijd en werk besparen,” zegt Wittmer. “Daarnaast kun je met onze methode gemakkelijker genen inbrengen en uitschakelen, omdat dat proces ook afhankelijk is van regeneratie. Zo zou je planten beter weerbaar kunnen maken tegen bijvoorbeeld ziektes en plagen. En dat heeft weer positieve effecten op de teeltopbrengst en het milieu.”
Zoeken naar GMO-vrije manier
Tegelijkertijd benadrukt Wittmer dat het onderzoek echt nog een eerste stap is in de ontwikkeling van de techniek. “Het is ook nog niet toepasbaar in de praktijk. In het lab hebben we namelijk het genetisch materiaal van de planten veranderd. Het op de markt brengen van planten die genetisch gemodificeerd zijn is in Europa een bijzonder kostbare en daardoor nauwelijks haalbare aanpak. We moeten dus op zoek naar een manier waarmee we de regeneratie-genen kunnen activeren zonder het gebruik van genetische modificatie. Dit kan bijvoorbeeld door de eiwitten in de cellen te brengen waarvoor de regeneratie-genen coderen. Als dat mogelijk is, zou je de methode meteen kunnen gebruiken. Maar dit moeten we eerst nog verder onderzoeken en ontwikkelen. Dat kan zomaar een paar jaar duren.”
Deuren geopend vervolgonderzoek
“Voor de wetenschap opent het inductiesysteem allerlei deuren,” zegt Wittmer tot slot. “We kunnen het proces van regeneratie nu nog beter en eenvoudiger bestuderen. Het werpt ook interessante vervolgvragen op. Waarom werkt regeneratie bij sommige celtypen en plantensoorten bijvoorbeeld wel en bij andere niet? Daarnaast is het boeiend om uit te zoeken hoe we een stamcel-stadium kunnen behouden. Momenteel kunnen we genen activeren die de stamcelvorming veroorzaken, maar deze cellen regenereren dan onmiddellijk tot een plant. Als je een stamcel kunt behouden, kun je deze sturen naar een specifiek type plantencel, bijvoorbeeld cellen die specifieke farmaceutische stoffen of verbindingen produceren. Maar dat is iets voor de toekomst.”
In de Onder Glas editie van augustus 2025 stond op pagina 38 en 39 een uitgebreid artikel over dit onderwerp.
Beeld: Wageningen University & Research
Op de wortel van een zaailing van zandraket (Arabidopsis) ontstaan nieuwe plantjes (regeneratie) dankzij het activeren van PLT/WOX genen.
