Wageningen, The Netherlands
June 6, 2006
Effect of genetic composition larger than
expected
The variation in the biochemical composition of plants is to a
large extent determined by their hereditary characteristics.
This is the conclusion of a publication by
Wageningen UR researchers
appearing in Nature Genetics- on line on 4 June. The
study brought together researchers from the Wageningen UR
departments Wageningen University,
Plant Research International
and RIKILT – in a joint project within the research programme of
the NGI Centre for BioSystems Genomics – and the state
university of Groningen.
The findings make clear that plant breeders will be able to use
crossbreeding to develop new plant varieties faster in the
future, thanks to a combination of large-scale analyses of
content substances, knowledge of the genetic background of
plants and use of bioinformatics. Higher content of
health-promoting substances and improved taste are examples of
traits that could be bred for.
Until now, many scientists assumed that it would be extremely
laborious to study the direct contribution of genetic background
to biochemical composition. The influence of the environment on
the composition of metabolites (content substances) was expected
to be too large for this.
The new research showed that the presence of metabolites is to a
large extent determined by the genetic composition of the plant.
This was demonstrated in a population of Arabidopsis plants by
using fast and extremely accurate equipment for analysing
metabolites, good genetic maps and powerful bioinformatics and
statistics tools. The researchers found that the hereditary
characteristics played an important role for around 75% of the
hundreds of examined metabolites.
Due to this proven importance of the genomic natural variation
and thanks to recent technological developments, plant breeders
will be able to use targeted crossbreeding in their breeding
programmes and select for the desired metabolite composition
already in the seedling stage. This makes it possible to develop
plants with more health-protecting substances, for instance, or
better taste, even if this involves multiple genes.
The researchers subsequently combined the results of different,
related metabolites. They found it relatively easy to confirm a
number of previously known biochemical pathways, and were able
to clarify new steps within those pathways.
The combination of metabolite analyses and genetic maps is
expected to become a key tool for the relatively young
scientific field of system biology.
Effect genetische samenstelling groter dan verwacht
De variatie in biochemische samenstelling van planten, wordt in
grote mate bepaald door de erfelijke eigenschappen van de
planten. Dat blijkt uit de on-line publicatie in Nature Genetics
van 4 juni 2006 van onderzoekers van de Wageningen UR onderdelen
Wageningen Universiteit, Plant Research International en RIKILT
(in een samenwerkingsproject binnen het onderzoeksprogramma van
het NGI Centre for BioSystems Genomics), onderdelen van
Wageningen UR en de Rijksuniversiteit Groningen.
De bevindingen maken duidelijk dat
plantenveredelaars dankzij de combinatie van grootschalige
analyses van inhoudsstoffen, kennis over de genetische
achtergond van planten en het gebruik van bioinformatica, via
kruisingsveredeling sneller plantenrassen kunnen gaan
ontwikkelen. Met bijvoorbeeld een nog hoger gehalte aan
gezondheidsbevorderende stoffen of een nog betere smaak.
Tot nu toe gingen veel
wetenschappers ervan uit dat het uiterst moeizaam zou zijn om de
directe invloed van de genetische achtergrond op de biochemische
samenstelling te onderzoeken. De invloed van het milieu op de
samenstelling van de metabolieten (inhoudsstoffen) zou daarvoor
veel te groot zijn.
De aanwezigheid van veel
metabolieten blijkt echter voor een belangrijk deel bepaald te
worden door de genetische samenstelling van de plant. De
onderzoekers konden dat in een populatie Arabidopsis-planten
laten zien, dankzij het gebruik van snelle en zeer nauwkeurige
apparatuur voor het analyseren van metabolieten, goede
genetische kaarten en krachtige bioinformatica en statistiek.
Voor ongeveer 75% van de honderden onderzochte metabolieten
vonden de onderzoekers een grote rol van de erfelijke
eigenschappen.
Door de grote rol van het
erfelijke materiaal en de recente technologische ontwikkelingen,
kunnen plantenveredelaars in hun veredelingsprogramma’s gericht
gaan kruisen en al in het zaailingstadium selecteren op gewenste
metabolietensamenstelling. Het wordt daardoor mogelijk om
bijvoorbeeld planten te ontwikkelen die nog meer
gezondheidbeschermende stoffen bevatten of die nog beter smaken,
zelfs als daarbij meerdere genen betrokken zijn.
De onderzoekers combineerden
verder de resultaten van verschillende, aan elkaar verwante
metabolieten. Zij bleken op die manier relatief eenvoudig in
staat om een aantal al bekende biochemische pathways van
planten te bevestigen, en nieuwe stappen in pathways op te
helderen.
De combinatie van metabolietensamenstelling en genetische
kaarten zal daarom een belangrijke tool worden voor de
systeembiologie, een relatief jonge wetenschap. |
