The Netherlands
August 26, 2020
Nowadays, many of us are driving hybrid cars. Hybrid cars combine the best of two worlds into a single vehicle. The same principle applies when we consider hybrid vegetable varieties.
Seed is the product of sexual reproduction
Plants produce seed through sexual reproduction: the pollen from the male plant fertilizes the ovum of the female plant, which then develops into a seed that contains the embryo of a new plant. This new plant carries genetic traits from both the male and female parent.
The exchange of pollen between plants of the same species occurs at random in the wild. Pollen is distributed by wind or by insects. This unregulated distribution of pollen is called “open pollination”, and it results in random distribution of genetic traits. There can be quite a bit of variation between the individuals that make up the population, with variation in vigor, strength, height, fecundity (ability to produce seed), root development, stress tolerance, etc.
Plant breeding started in antiquity
Humans have taken advantage of this large amount of variability within wild populations of plant species to select plants that produce more food, more fiber, better nutrition, better storability, etc. By saving the seeds of plants that produce more grain, have better flavor, that outperform, humans have created more productive varieties for thousands of years.
It does indeed take a long time to improve varieties, especially when you would like to create plants and crops that have multiple useful traits. Because of the random distribution of genetic traits, it is not easy to find individual plants that have the ideal combination of traits, such as large seeds AND disease resistance AND good storage AND good flavor. You have to be very lucky, and work with a very large number of plants to find that one special individual that has (most of) it all.
How to make a hybrid variety
Plant breeders have learned a lot since Gregor Mendel first worked out the basic principles of genetics working with peas in his monastery’s garden. The technique known as hybridization provides a process for bringing desirable traits together into a single individual. Here is how it works:
Imagine that you have an open-pollinated population of carrots. Some individuals in the population make really nice carrots, but they are still susceptible to foliar diseases. This means that these plants do not perform well in wet seasons. In the same population there are also individuals that do seem to have better tolerance to foliar diseases, but their roots are only average. As much as we try, we cannot find plants that have both nice roots AND have good tolerance to foliar diseases.
Let’s now select plants with good roots and keep them separate from the rest of the carrots. We let these plants interbreed, and over the course of several years we keep selecting the plants with the best roots and discard the rest. Eventually we will end up with a population of plants with mostly good roots.
We can do the same with plants that seem to have good tolerance to foliar disease. Through selection of the healthiest plants we end up with a group of plants with strong and healthy leaves, even under wet conditions.
We call the population of plants with good roots a breeding line, and the population of plants with healthy leaves is another breeding line. Now we let these two lines make flowers in the same field and let them exchange pollen and make seed. This seed grows into hybrid individuals that produce both good roots AND have healthy foliage. Hybridization combines the traits of the parent populations, or breeding lines, into a new hybrid population, or hybrid variety. (In Latin this hybrid variety, which is the first generation of offspring from the two breeding lines, is called Filial 1. This is where the abbreviation F1 comes from).
Advantages of hybrid varieties
The strong selection and inbreeding of the parent lines makes these parent lines more uniform. By combining two highly uniform breeding lines we create hybrids that are also quite uniform. This means that the crop tends to grow predictably and matures evenly. This has advantages in crop treatments and at harvesting.
The combination of selected genetics into a hybrid often gives the hybrid extra vigor (the hybrid has more vigor than the vigor of the two parent lines combined). This hybrid vigor allows the plants to grow strongly and produce larger crops.
Maintaining hybrid varieties
Gregor Mendel demonstrated that the combination of traits of hybrid individuals will be broken up when these hybrid plants are allowed to interbreed through a process that we know as segregation. This is a result of the random rearrangement of genetic material through sexual reproduction. So, in order to be able to continue to produce the same hybrid variety we have to maintain the two parent breeding lines. Every time we cross the two parent lines, we will re-create the hybrid variety that carries the desirable traits from both parents.
What about Seed Savers?
Sometimes we hear criticism of hybridization that points out that growers cannot save their own seed and have to buy new seed of the hybrid variety every year from the seed company. Yes, this is certainly true. But hybridization is not the exclusive domain of commercial seed companies. Hobbyists, gardeners and commercial growers can apply the same principles and make their own hybrids. It is just a lot of work, and it takes a lot of time and a well-organized team to maintain breeding lines, produce hybrids and produce clean and healthy seed. Gardeners and growers who rely on the advantages of good and productive hybrids agree this yearly purchase is well worth the money.
Hybrids are natural
Hybridization makes use of genetic variation that exist in natural populations. Through selection we can make multiple different breeding lines in which traits of our choosing are combined. By mixing and matching different breeding lines we can combine these traits in a variety of combinations and create a range of new hybrid varieties.
Hybrids are not GMO
There are multiple techniques that can facilitate the development of inbred parent lines and hybrid varieties, such as hand-pollination (instead of relying on insects or wind) and naturally occurring self-incompatibility mechanisms or male sterility. Regardless, hybridization works with the genetic material in one species, and does not involve techniques that modify the species genome by introduction of DNA from other species.
Hybrids are not clones. A hybrid population is made up of a group of individuals that share some major characteristics, but there still is a considerable amount of genetic variation. After all, the parent lines are not completely identical, just strongly selected (typically for about 6 – 7 generations). Clones are individuals that are produced by vegetative reproduction (potatoes, garlic, fruit trees, grapes, etc.), while hybrids are the product of sexual reproduction.
Plant Breeding never stops
Modern plant breeding is assisted by increasing knowledge of the plant genome. We now have laboratory equipment that can help us quickly figure out the genetic content of an individual, and allows us to determine in an early stage of plant growth which plants have the trait that we are interested in. This is the same kind of equipment that is being used to study viruses and develop vaccines, by the way.
The rapid expansion of our knowledge of the plant genome and the availability of automated analytical equipment will help develop new varieties that can thrive under stressful environmental conditions, have greater nutritional content and better flavor, and produce well with only minimal inputs.
The thoughtful and considerate application of these techniques will benefit us all.
Plantenveredeling en hybride groenterassen
Tegenwoordig rijden veel mensen in een hybride auto. Zo'n auto combineert het beste van twee werelden in één voertuig. Dat geldt ook voor hybride groenterassen.
Zaad is het product van geslachtelijke voortplanting
Planten produceren zaad door geslachtelijke voortplanting: het stuifmeel van de mannelijke plant bevrucht de eicel van de vrouwelijke plant, dat vervolgens uitgroeit tot een zaadje dat het embryo van een nieuwe plant bevat. Deze nieuwe plant heeft genetische eigenschappen van zowel de mannelijke als de vrouwelijke ouder.
In de natuur vindt de uitwisseling van stuifmeel tussen planten van dezelfde soort willekeurig plaats. Het stuifmeel wordt verspreid door de wind of door insecten. Deze ongereguleerde verspreiding van stuifmeel wordt 'vrije bestuiving' genoemd en leidt tot een willekeurige verspreiding van genetische eigenschappen. Tussen de individuele planten in de populatie kan een behoorlijke variatie bestaan qua kracht, sterkte, hoogte, vruchtbaarheid (vermogen om zaad te produceren), wortelontwikkeling, stresstolerantie, etc.
Plantveredeling begon al in de oudheid
De mens heeft geprofiteerd van deze variatie binnen wilde populaties plantensoorten om planten te selecteren die bijvoorbeeld meer voedsel, vezels of voedingsstoffen opleveren of die gemakkelijker te bewaren zijn. Door de zaden te bewaren van planten die meer zaden produceren, meer smaak hebben en beter presteren, hebben mensen gedurende duizenden jaren productievere rassen ontwikkeld.
Het kost inderdaad veel tijd om rassen te verbeteren, vooral wanneer je planten en gewassen wilt creëren die verschillende nuttige eigenschappen hebben. Vanwege de willekeurige verspreiding van genetische eigenschappen is het niet eenvoudig om afzonderlijke planten te vinden die beschikken over de ideale combinatie van eigenschappen, zoals grote zaden EN resistentie tegen ziekten EN een goede bewaarbaarheid EN een goede smaak. Je moet veel geluk hebben en met een groot aantal planten werken om dat ene exemplaar te vinden dat (bijna) alles heeft.
Een hybride ras maken
Plantenveredelaars hebben veel geleerd sinds Gregor Mendel de basisprincipes van genetica uitvogelde toen hij aan de slag ging met erwten uit zijn kloostertuin. Met de techniek die bekend staat onder de naam hybridisatie, kunnen gewenste eigenschappen in één enkel exemplaar worden samengebracht. Dat werkt als volgt:
Stel dat je een populatie wortelen hebt waarin vrije bestuiving plaatsvindt. Bepaalde exemplaren in de populatie zijn echt mooie wortelen, maar ze zijn nog steeds vatbaar voor bladziekten. Dat betekent dat deze planten het in natte seizoenen niet zo goed doen. In dezelfde populatie komen ook exemplaren voor die beter bestand lijken te zijn tegen bladziekten, maar de wortels daarvan zijn maar middelmatig. En hoe we ook zoeken, we vinden geen planten die en mooie wortels EN een goede bestendigheid tegen bladziekten hebben.
Nu selecteren we de planten met een goed wortelgestel en houden ze apart van de rest van de wortelen. We maken inteelt populaties van deze planten, en gedurende een aantal jaren selecteren we steeds de planten met de beste wortels en gooien de rest weg. Uiteindelijk hebben we dan een populatie waarvan de meeste planten goede wortels hebben.
Hetzelfde kunnen we doen met planten die goed bestand lijken tegen bladziekte. Door steeds de gezondste planten te selecteren hebben we uiteindelijk een groep planten met sterk en gezond blad, zelfs onder natte omstandigheden.
De plantenpopulatie met een goed wortelgestel noemen we een veredelingslijn en de populatie met gezond blad is een andere veredelingslijn. Nu laten we deze twee lijnen in hetzelfde veld tot bloei komen en we laten ze stuifmeel uitwisselen en zaad maken. Deze zaden groeien uit tot hybride exemplaren die een goed wortelgestel EN gezond blad hebben. Bij hybridisatie worden de eigenschappen van de ouderpopulaties, of veredelingslijnen, gecombineerd in een nieuwe hybride populatie, oftewel een hybride ras. (In het Latijn wordt dit hybride ras, dat de eerste generatie nakomelingen is van de twee veredelingslijnen, Filial 1 genoemd. Daar komt de afkorting F1 vandaan).
Voordelen van hybride rassen
De sterke selectie en inteelt van de ouderlijnen maakt deze ouderlijnen uniformer. Door twee zeer uniforme veredelingslijnen te combineren, creëren we hybriden die ook behoorlijk uniform zijn. Dat betekent dat het gewas gewoonlijk voorspelbaar groeit en gelijkmatig rijpt. Dit heeft voordelen voor de gewasbehandeling en bij de oogst.
De combinatie van de geselecteerde genetische eigenschappen in een hybride ras geeft het ras vaak meer kracht (het hybride ras heeft meer kracht dan de twee ouderlijnen samen). Dankzij deze hybride kracht groeien de planten beter en geven ze hogere opbrengst.
Hybride rassen behouden
Gregor Mendel toonde aan dat de combinatie van eigenschappen van hybride planten wordt verbroken wanneer deze hybride planten onderling worden gekruist. Dit proces noemen we uitsplitsing of segregatie. Dit is het resultaat van het willekeurig herschikken van genetisch materiaal door geslachtelijke voortplanting. Als we hetzelfde hybride ras willen blijven produceren, moeten we de twee ouderlijnen dus in stand houden. Telkens wanneer we de twee ouderlijnen kruisen, creëren we opnieuw het hybride ras dat de gewenste eigenschappen van beide ouders in zich heeft.
Hoe zit het met zaadteelt voor eigen gebruik?
Soms horen we kritiek op hybridisatie: telers kunnen niet hun eigen zaad bewaren, maar moeten elk jaar opnieuw zaad van het hybride ras kopen bij het groentezadenbedrijf. Dat is zeker waar. Maar hybridisatie is niet exclusief voorbehouden aan commerciële zaadbedrijven. Hobbyisten, tuiniers en commerciële telers kunnen dezelfde principes toepassen en hun eigen hybride rassen ontwikkelen. Het is wel veel werk, het kost veel tijd en het vereist een goed georganiseerd team om veredelingslijnen te onderhouden, hybride rassen te produceren en schoon en gezond zaad te produceren. Tuiniers en telers die vertrouwen op de voordelen van goede en productieve hybriden, zijn het erover eens dat deze jaarlijkse aankoop het geld zeker waard is.
Hybriden zijn natuurlijk
Hybridisatie maakt gebruik van de genetische variatie die bestaat in natuurlijke populaties. Door middel van selectie kunnen we verschillende veredelingslijnen maken waarin de door ons gewenste eigenschappen zijn gecombineerd. Door verschillende veredelingslijnen met elkaar te mengen en op elkaar af te stemmen kunnen we deze eigenschappen in verschillende combinaties samenbrengen en een reeks nieuwe hybride rassen creëren.
Hybriden zijn niet genetisch gemodificeerd (ggo)
Er bestaan verschillende technieken die de ontwikkeling van inteelt-ouderlijnen en hybride rassen kunnen faciliteren, zoals handmatige bestuiving (in plaats van te vertrouwen op de wind of insecten) en natuurlijk voorkomende mechanismen zoals zelf-incompatibiliteit of mannelijke steriliteit. Hoe dan ook werkt hybridisatie met het genetisch materiaal van één soort, en behelst geen technieken waarbij het genoom van de soort wordt gewijzigd door de introductie van DNA van andere soorten.
Hybriden zijn geen klonen. Een hybride populatie bestaat uit een groep afzonderlijke planten die bepaalde belangrijke kenmerken delen, maar waartussen ook nog steeds een aanzienlijke mate van genetische variatie bestaat. De ouderlijnen zijn immers niet volledig identiek, alleen sterk geselecteerd (typisch voor ongeveer 6 tot 7 generaties). Klonen zijn exemplaren die worden geproduceerd door ongeslachtelijke voortplanting (aardappelen, knoflook, fruitbomen, druiven, etc.), terwijl hybriden het product zijn van geslachtelijke voortplanting.
Plantenveredeling stopt nooit
Moderne plantveredeling wordt ondersteund door toenemende kennis over het plantengenoom. We beschikken nu over laboratoriumapparatuur waarmee we snel kunnen zien wat de genetische inhoud van een exemplaar is, zodat we in een vroeg stadium van de groei van de plant kunnen bepalen welke planten over de eigenschappen beschikken waarin we geïnteresseerd zijn. Dit is overigens dezelfde apparatuur die wordt gebruikt om virussen te bestuderen en vaccins te ontwikkelen.
De snelle uitbreiding van onze kennis van het plantengenoom en de beschikbaarheid van automatische analyseapparatuur zullen bijdragen tot de ontwikkeling van nieuwe rassen die kunnen floreren in stressvolle omgevingsomstandigheden, een grotere voedingswaarde en een betere smaak hebben, en met slechts een minimale inspanning goed produceren.
Van het doordachte en zorgvuldig toegepaste gebruik van deze technieken profiteren we allemaal.
Sélection variétale et variétés hybrids de légumes
Aujourd'hui, certains d'entre nous conduisent des voitures hybrides. Les voitures hybrides combinent le meilleur de deux mondes en un seul véhicule. Le même principe s'applique lorsque nous considérons les variétés hybrides de légumes.
La graine est le produit de la reproduction sexuée des plantes
Les plantes produisent des graines par reproduction sexuée : le pollen de la plante mâle fertilise l'ovule de la plante femelle, qui se développe ensuite en une graine qui contient l'embryon d'une nouvelle plante. Cette nouvelle plante porte les caractéristiques génétiques du parent mâle et du parent femelle.
L'échange de pollen entre les plantes d'une même espèce se fait au hasard dans la nature. Le pollen est disséminé par le vent ou par les insectes. Cette dissémination non dirigée du pollen est appelée "pollinisation ouverte", et elle entraîne une dissémination aléatoire des caractères génétiques. Il peut y avoir une grande variation entre les individus qui composent la population, avec des différences de vigueur, de performance, de taille, de fécondité (capacité à produire des graines), de développement des racines, de tolérance au stress, etc.
La sélection des plantes a commencé dans l'Antiquité
L'homme a profité de cette grande variabilité au sein des populations sauvages d'espèces de légumes pour sélectionner des plantes qui produisent plus de nutriments, plus de fibres, une meilleure nutrition, une meilleure capacité de stockage, etc. En conservant les graines des plantes qui produisent plus de rendement, ont une meilleure saveur, qui sont plus performantes, l'homme a créé des variétés plus productives depuis des milliers d'années.
Il faut en effet beaucoup de temps pour améliorer les variétés, surtout lorsque l'on souhaite créer des plantes et des cultures qui présentent de multiples caractéristiques utiles. En raison de la dissémination aléatoire des caractères génétiques, il n'est pas facile de trouver des plantes individuelles qui ont la combinaison idéale de caractères, comme le volume de graines ET la résistance aux maladies ET une bonne conservation ET une bonne saveur. Il faut avoir beaucoup de chance et travailler avec un très grand nombre de plantes pour trouver celle qui possède (la plupart de) tous les caractères.
Comment créer une variété hybride
Les sélectionneurs ont beaucoup appris depuis que Gregor Mendel a mis au point, au XIXème siècle, les principes de base de la génétique en travaillant avec des pois dans le jardin de son monastère. La technique connue sous le nom d'hybridation fournit un processus permettant de rassembler les caractères désirables en un seul individu. Voici comment elle fonctionne :
Imaginez que vous avez une population de carottes à pollinisation ouverte. Certains individus de la population font de très belles carottes, mais ils sont toujours sensibles aux maladies foliaires. Cela signifie que ces plantes ne sont pas très performantes pendant les saisons humides. Dans la même population, il y a aussi des individus qui semblent avoir une meilleure tolérance aux maladies foliaires, mais leurs racines ne sont que moyennes. Malgré tous nos efforts, nous ne trouvons pas de plantes qui ont à la fois de belles racines ET une bonne tolérance aux maladies foliaires.
Sélectionnons maintenant des plantes avec de bonnes racines et gardons-les séparées du reste des carottes. Nous laissons ces plantes se croiser, et pendant plusieurs années, nous continuons à sélectionner les plantes ayant les meilleures racines et nous rejetons le reste. Nous finirons par obtenir une population de plantes ayant pour la plupart de bonnes racines.
Nous pouvons faire de même avec les plantes qui semblent avoir une bonne tolérance aux maladies foliaires. En sélectionnant les plantes les plus saines, nous obtenons un groupe de plantes avec des feuilles fortes et saines, même dans des conditions humides.
Nous appelons la population de plantes ayant de bonnes racines une lignée parentale, et la population de plantes ayant des feuilles saines est ausi une autre lignée parentale. Maintenant, nous laissons ces deux lignées fleurir dans le même champ et nous les laissons échanger du pollen et produire des graines. Ces graines se développent en individus hybrides qui produisent à la fois de bonnes racines ET un feuillage sain. L'hybridation combine les caractéristiques des populations parentales, ou lignées parentales, en une nouvelle population hybride, ou variété hybride. (En latin, cette variété hybride, qui est la première génération de descendants des deux lignées parentales, est appelée Filius 1. C'est de là que vient l'abréviation F1).
Avantages des variétés hybrides
La forte sélection et la consanguinité des lignées parentales rendent ces dernières plus uniformes. En combinant deux lignées parentales très uniformes, nous créons des hybrides qui sont également très uniformes. Cela signifie que la culture a tendance à se développer de manière prévisible et à mûrir de manière uniforme. Cela présente des avantages pour la conduite des cultures et la récolte.
La combinaison de génétiques sélectionnées dans un hybride donne souvent à l'hybride une vigueur supplémentaire (l'hybride a plus de vigueur que les deux lignées parentales combinées). Cette vigueur hybride permet aux plantes d'être plus robustes et de produire des récoltes plus importantes.
Maintenance des variétés hybrides
Gregor Mendel a démontré que la combinaison des caractères des individus hybrides sera brisée lorsque ces plantes hybrides seront autorisées à se croiser par un processus que nous connaissons sous le nom de ségrégation. Ceci est le résultat d'un réarrangement aléatoire du matériel génétique par reproduction sexuée. Ainsi, pour pouvoir continuer à produire la même variété hybride, nous devons maintenir les deux lignées parentales de sélection. Chaque fois que nous croisons les deux lignées parentales, nous recréons la variété hybride qui porte les caractères désirables des deux parents.
Qu'en est-il des banques de semences ?
Nous entendons parfois des critiques sur l'hybridation qui soulignent que les agriculteurs ne peuvent pas conserver leurs propres semences et doivent acheter chaque année de nouvelles semences de la variété hybride auprès de la société de semences. Oui, c'est certainement vrai. Mais l'hybridation n'est pas le domaine exclusif des entreprises de semences commerciales. Les amateurs, les jardiniers et les agriculteurs professionnels peuvent appliquer les mêmes principes et fabriquer leurs propres hybrides. C'est simplement beaucoup de travail, et il faut beaucoup de temps et une équipe bien organisée pour maintenir les lignées parentales, produire des hybrides et produire des semences propres et saines. Les jardiniers et les agriculteurs qui comptent sur les avantages de bons hybrides productifs s'accordent à dire que cet achat annuel en vaut la peine.
Les hybrides sont naturels
L'hybridation utilise la variation génétique qui existe dans les populations naturelles. Grâce à la sélection, nous pouvons créer plusieurs lignées parentales différentes dans lesquelles les caractères de notre choix sont combinés. En mélangeant et en faisant correspondre différentes lignées parentales, nous pouvons combiner ces caractéristiques dans une variété de combinaisons et créer une gamme de nouvelles variétés hybrides.
Les hybrides ne sont pas des OGM
Il existe de nombreuses techniques qui peuvent faciliter le développement de lignées parentales consanguines et de variétés hybrides, comme la pollinisation manuelle (au lieu de dépendre des insectes ou du vent) et les mécanismes d'auto-incompatibilité naturels ou la stérilité mâle. Quoi qu'il en soit, l'hybridation fonctionne avec le matériel génétique d'une espèce et n'implique pas de techniques qui modifient le génome de l'espèce par l'introduction d'ADN d'autres espèces.
Les hybrides ne sont pas des clones. Une population hybride est composée d'un groupe d'individus qui partagent certaines caractéristiques majeures, mais il existe toujours une variation génétique considérable. Après tout, les lignées parentales ne sont pas complètement identiques, mais seulement fortement sélectionnées (généralement pendant environ 6 à 7 générations). Les clones sont des individus qui sont produits par reproduction végétative (pommes de terre, ail, arbres fruitiers, raisins, etc.), tandis que les hybrides sont le produit d'une reproduction sexuée.
L'amélioration des plantes ne s'arrête jamais
La sélection variétale moderne est favorisée par une meilleure connaissance du génome des plantes. Nous disposons aujourd'hui d'un équipement de laboratoire qui peut nous aider à déterminer rapidement le contenu génétique d'un individu et nous permet de déterminer, à un stade précoce de la croissance des plantes, quelles sont celles qui présentent le caractère qui nous intéresse. C'est d'ailleurs le même type d'équipement qui est utilisé pour étudier les virus et développer des vaccins.
L'expansion rapide de nos connaissances sur le génome des plantes et la disponibilité d'équipements analytiques automatisés aideront à développer de nouvelles variétés qui peuvent prospérer dans des conditions environnementales stressantes, avoir un plus grand contenu nutritionnel et une meilleure saveur, et produire efficacement avec seulement un minimum d'intrants.
L'application réfléchie et attentionnée de ces techniques sera bénéfique pour nous tous.
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