Nieuw plantenonderzoek leidt tot ontdekking van een gen dat zaadopbrengst in maïs gevoelig verhoogt

Gewone maïskolven (links) en PLA1-maïskolven (rechts) ©VIB (vergrote weergave)

Gewone maïskolven (links) en PLA1-maïskolven (rechts) ©VIB

(16-03-2017) VIB-UGent-onderzoekers hebben een gen gevonden dat de plantengroei en de zaadopbrengst in maïs opdrijft. Uit twee jaar durende veldproeven in België en de VS bleek dat PLA1 de zaadopbrengst in maïshybriden met 10 tot 15% kan verhogen.

Onderzoek naar gewasopbrengst is belangrijk omdat vaker voorkomende extreme weerfenomenen de landbouwproductie aantasten. De resultaten uit labo-onderzoek van VIB_UGent werden bevestigd tijdens twee jaar-durende veldproeven in België en in de VS. Daaruit bleek het gen dat de wetenschappers vonden, de zaadopbrengst in maïshybriden met 10 tot 15% kan verhogen. De resultaten van de serre- en veldproeven worden gepubliceerd in het wetenschappelijke tijdschrift Nature Communications.

Vandaag wordt geen voedselgewas ter wereld meer verbouwd dan maïs. Wereldwijd wordt jaarlijks 180 miljoen hectare maïs aangeplant met een productie van ongeveer 1 miljard ton per jaar. Ook in België heeft de maïsteelt de laatste decennia een flinke opmars gemaakt en is maïs met een areaal van 240.000 hectare één van de meest geteelde gewassen. Maïs wordt voornamelijk geteeld als veevoeder, maar ook voor menselijke consumptie en in veel mindere mate als bron van biobrandstoffen. Om maïsproductie op peil te houden bij stijgende temperaturen als gevolg van de klimaatopwarming is onderzoek naar nieuwe maïsrassen van groot belang. Door te selecteren op groeibevorderende genen kunnen veredelaars verbeterde landbouwgewassen ontwikkelen die ook in een veranderend klimaat oogstzekerheid bieden.

Het PLA1-gen verbetert gewasopbrengst van maïs

VIB-UGent-wetenschappers onder leiding van prof. Dirk Inzé en dr. Hilde Nelissen onderzoeken de moleculaire mechanismen die aan de basis liggen van bladgroei in maïs. De ontwikkeling van het blad staat model voor de groeiprocessen in de plant. Weten hoe bladeren groeien levert immers veel informatie op in verband met de groei van de volledige plant. De onderzoekers vonden een gen in maïs, genaamd PLA1, dat de plantengroei en de grootte van plantenorganen zoals bladeren, maar ook de kolf, sterk verhoogt. Dirk Inzé (VIB-UGent): “We zijn erin geslaagd om de biomassa en zaadproductie van maïs beduidend op te drijven door de aanmaak van PLA1 in de plant te verhogen, wat een meeropbrengst van 10 tot 15% oplevert, op hetzelfde landbouwoppervlak.“

Wetenschappelijke analyses op celniveau brachten aan het licht dat het PLA1-gen de plantencellen langer in delende toestand houdt, waardoor de duur van de groeifase wordt verlengd. “Planten met het PLA1-kenmerk groeien dus langer, waardoor ze groter worden en meer zaad produceren, wat een meerwaarde kan betekenen voor landbouwers,” vertelt Hilde Nelissen (VIB-UGent). De onderzoekers waren dan ook bijzonder opgetogen het groeibevorderende effect van PLA1 te kunnen bevestigen in veldproeven over meerdere seizoenen in België en de VS. Dit zowel in maïs-inteeltlijnen als in hybriden.

De veldproeven in België werden uitgevoerd in samenwerking met ILVO (Instituut voor Landbouw en Visserij Onderzoek). Dit kadert in de strategische alliantie tussen VIB en ILVO om onderzoek naar basismechanismen te vertalen naar toepassingen in de landbouw.

“Met het maïsblad als onderzoeksmodel hebben we al enkele belangrijke bijdragen geleverd aan het ontrafelen van groeiprocessen in de plant. De nieuwe inzichten kunnen we niet alleen vertalen in meer biomassa, maar ook in een hogere zaadopbrengst”, legt Dirk Inzé uit. “In deze studie werd het gehele traject van basisonderzoek tot praktijkevaluatie in het proefveld succesvol afgelegd.”

Meer kennis brengt strategieën in beeld voor het behoud van gewasopbrengst onder een wijzigend klimaat

In de serres stelden de onderzoekers vast dat het PLA1-gen een rol speelt in hoe planten omgaan met droogtestress. Het groeibevorderende PLA1-kenmerk bleek de groeivertraging die normaal optreedt ten gevolge van lange periodes van watergebrek gedeeltelijk te compenseren. Deze vindingen bieden een perspectief om landbouwgewassen te ontwikkelen die een stabiele opbrengst garanderen, ook wanneer de weersomstandigheden minder gunstig zijn. Op deze manier kunnen nieuwe gewasvariëteiten helpen om het hoofd te bieden aan de klimaatverandering.

Verder onderzoek richt zich nu op het achterhalen van de moleculaire mechanismen die aan de basis van de verhoogde opbrengst liggen.

Info

Prof. Dirk Inzé
Science Director VIB-UGent Center for Plant Systems Biology
M 0477 695 746

Hilde Nelissen
Vakgroep Plantenbiotechnologie en Bio-informatica 
M 0478 347 390
hilde.nelissen@ugent.be

Lees meer artikels over: