De banaan kan niet zonder biotechnologie

1
De banaan kan niet zonder biotechnologie
Rony Swennen
De banaanplant is een reusachtig grasachtig gewas met een gemiddelde hoogte van 3-4 m
dat één- tot tweemaal per jaar kan geoogst worden. Uit de bloemen ontwikkelen zich
vruchten die wij bananen noemen.
Bananen zijn het belangrijkste fruitgewas in de
wereld. Met een jaarlijkse productie van 125 miljoen ton op 10 miljoen hectaren, zijn
bananen het vijfde belangrijkste voedselgewas in de tropen voor ongeveer 0.5 miljard
mensen.
De internationale handel van bananen, die berust op één enkele variëteit,
vertegenwoodigt 15% van de wereldproductie. Deze dessertbanaan wordt geteeld in
monoculturen op duizenden hectaren land die worden beheerd door multinationals. Het
ganse jaar rond wordt er geoogst en tussen oogst en verkoop verlopen ongeveer 3 weken.
De resterende 85% van de wereldproductie wordt voortgebracht door een 300-tal
variëteiten die geteeld worden op kleine velden, vaak gecombineerd met vele andere
teelten. Deze productie is bestemd voor lokale consumptie en bestaat uit variëteiten
waarvan de vruchten bij rijpheid nog zeer veel zetmeel bevatten. Daarom worden deze
bananen gebakken, gekookt, gefrituurd, verwerkt tot dranken, enz. Men noemt ze dan
ook kookbananen, plantanen, bierbananen, enz.
De banaanplant komt uit Zuidoost Azië en werd daar ongeveer 7-10 000 jaren geleden
voor het eerst geteeld. Derhalve behoort deze plant tot één van de eerst gedomesticeerde
planten. Door dit lange domesticatieproces verschillen de huidige planten sterk van de
wilde variëteiten die we in de Aziatische bossen nog kunnen vinden. Immers wilde
variëteiten produceren vruchten van 5g die zich pas na bestuiving ontwikkelen en
bevatten alleen zaad en geen vruchtvlees. De eetbare bananen produceren vruchten van
50 to 500g zonder bestuiving. Aangezien de bloemen steriel zijn produceren deze
vruchten ook geen zaad.
Oorspronkelijk (en nog steeds) werd gebruik gemaakt van andere delen van de
banaanplanten dan zijn vruchten, nl. de bladeren als dakbedekking en inpakmateriaal van
Gewoon Hoogleraar, Laboratorium Tropische Plantenteelt, Faculteit Bio-ingenieurswetenschappen, Groep Wetenschap en
Technologie
2
voedsel, de vezels voor koorden en klederen, de ondergrondse knol voor zetmeel, de
(schijn)stam en bloemen als groenten, enz.
De banaanplant is dus meer dan een
fruitgewas.
Vanuit Zuidoost Azië werden de banaanplanten verspreid naar de rest van de wereld en
worden ze nu in een 120-tal landen aangebouwd. Grosso modo produceert Azië, LatijnsAmerika en Afrika elk een derde van de globale productie.
De mens teelt nu vooral steriele polyploide variëteiten omdat die grote vruchten
voortbrengen zonder zaad (wat aangenamer is om te eten). Deze bananenplanten worden
vegetatief vermenigvuldigd via ondergrondse stekken. Dit houdt in dat de boeren werken
met klonen (identieke planten) die niet verder evolueren en het plantgoed meestal besmet
is met ziekten en plagen. Dit verklaart waarom ziekten en plagen zich ook gemakkelijk
kunnen verspreiden. Het gevolg is dat de kleine boeren om de 2-3 jaar steeds op zoek
moeten gaan naar nieuwe velden terwijl de multinationals pesticiden op grote schaal
toepassen. Bijvoorbeeld om de wijd verspreidde zwarte Sigatoka ziekte te bestrijden,
bespuiten de multinationals hun bananenvelden om de 1-2 weken.
Door hun steriliteit zijn banaanplanten, meer nog dan andere gewassen, gebaat bij vele
verschillende biotechnologische ingrepen. We overlopen ze.
De in vitro kweek laat toe vanuit 1 geselecteerde plant miljoenen ziektevrije planten aan
te maken in het laboratorium. Aldus beschikken nu de telers over gezond plant materiaal.
De gezondheidstatus van deze planten wordt dan nog eens nagekeken met de modernste
moleculaire technieken waardoor producenten van planten nu kunnen garanderen dat
deze planten niet besmet zijn met virussen, bacteriën, enz. Immers deze pathogenen kan
men met het blote oog niet zien. Het Laboratorium Tropische Plantenteelt (LTP) en het
Rega Instituut hebben trouwens een techniek uitgewerkt om een bepaald virus bij banaan
te elimineren door toevoeging van antivirale componenten in het in vitro medium. De in
vitro kweektechniek laat dus toe dat planten internationaal kunnen getransporteerd
worden zonder dat men terzelfdertijd ziekten en plagen verspreidt.
Gewoon Hoogleraar, Laboratorium Tropische Plantenteelt, Faculteit Bio-ingenieurswetenschappen, Groep Wetenschap en
Technologie
3
Het LTP gebruikt de in vitro techniek om een bananencollectie in stand te houden. Deze
collectie werd opgestart in 1985 en werd in 1992 erkend door de Verenigde Naties. Dit is
niet alleen de grootste collectie in de wereld maar bevat het werelderfgoed van de
banaan. Bij 15°C en weinig licht worden zowat 1300 variëteiten in vitro bewaard. Vanuit
de KULeuven vertrekken er dagelijks een 5-7 variëteiten waarvan 75% wordt gebruikt
voor onderzoek en de overige 25%voor productie. Leuven speelt tevens een sleutelrol in
bv. het internationaal evaluatie programma dat in een 50tal locaties wordt uitgevoerd.
Deze internationale collectie wordt nu meer en meer geïnformatiseerd en de variëteiten
gedocumenteerd.
Omdat planten in vitro kunnen gecontamineerd raken maar ook genetische wijzigingen
onderdergaan, werden in het LTP technieken uitgewerkt om de bananenplanten in te
vriezen. Na jarenlang fundamenteel onderzoek is het nu mogelijk alle variëteiten in
vloeibare stikstof, bij -196°C, op te slaan. Ongeveer 800 variëteiten zijn al ingevroren
waardoor deze collectie tot op heden de grootste ingevroren plantencollectie is in de
wereld. Dankzij onze fundamentele kennis, hebben we mits wat aanpassingen, nu die
techniek kunnen gebruiken voor het invriezen van een 20tal andere plantenfamilies
gaande van gematigde tot tropische gewassen, van kruiden over palmen tot bomen, van
knol- tot siergewassen. Daarom kregen we de titel van Centre of Excellence in Plant
Cryobiology. Via de cryopreservatie hebben we nu ook een nieuwe techniek beschikbaar
om virusbesmette variëteiten weer gezond te maken.
Aangezien de meeste eetbare bananen genetisch weinig van elkaar verschillen, zijn ze
bijna allemaal onderhevig aan wortel- en bladschimmels. Kleine boeren kunnen geen
bestrijdingsmiddelen aankopen en bovendien bestaan er enkel middelen tegen de
bladschimmels. De bodemschimmel (Fusarium) doodt de planten en indien deze
schimmel zich in de grote plantages zou gaan verspreiden, zou dit bedreigend zijn voor
de exporthandel. Veredeling is dus aangewezen maar aangezien de gecultiveerde
variëteiten steriel zijn, is genetische manipulatie een noodzaak geworden.
Bij genetische manipulatie worden er één tot meerdere genen binnengebracht in één
enkele cel waarna uit deze embryogene cel een volledige plant wordt opgekweekt. Het
Gewoon Hoogleraar, Laboratorium Tropische Plantenteelt, Faculteit Bio-ingenieurswetenschappen, Groep Wetenschap en
Technologie
4
LTP is tot heden het enige labo dat uit de groeipunt van een banaanplant een embryogene
cel suspensie kan aanmaken. Dit onderzoek heeft een 15-tal jaren gevergd maar nu
kunnen we uit 1ml celsuspensie tot 100 000 planten produceren.
We waren dan ook de eersten die via deze cellen, genetisch gemodificeerde planten
konden aanmaken. De eerste transgene banaanplanten dateren trouwens van 1993.
Aangezien de banaangenoomcode nog steeds niet gekend is, heeft dit labo deze
technieken gebruikt om genen en promotors via tagging te identificeren. In essentie
worden DNA constructen in de cellen binnengebracht die eens ze in een bepaalde
genetisch gebied terechtkomen of wanneer de planten onder een bepaalde stress komen te
staan, lichtreacties vertonen. Omdat de onderzoeker de genetisch code van de
binnengebrachte DNA constructen kent, gebruikt hij/zij dan die informatie om de
genetische code van banaan te ontcijferen in de buurt van het ingebrachte gen. Ook
werden er nu genen ontdekt op basis van de kennis van genen bij andere planten.
Recentelijk werden een reeks banaanplanten gemodificeerd in het LTP die nu genen van
de banaan dragen. Daarmee is de weg ingeslagen naar cisgenese. Deze planten zullen nu
in Brazilië getest worden voor resistentie tegen schimmels. In 2009 werd een jarenlange
veldstudie van transgene banaanplanten afgesloten wat ons toeliet een patent aan te
vragen.
Er is nog een hele weg af te leggen. Daarom doen we momenteel ook onderzoek naar de
aanmaak van genetisch gemodificeerde banaanplanten zonder een selectiemerkergen,
omdat dit vaak codeert voor antibioticum resistentie. We doen ook onderzoek naar
resistentiegenen die een verschillende actie hebben op pathogenen om aldus een
duurzame resistentie te bekomen. Ook moeten die genen een hoge expressie vertonen en
liefst alleen in het weefsel dat door de ziekteverwekker wordt aangevallen. Na dit
jarenlange monnikenwerk is het daarom een plezier dat de technieken die we hebben
uitgewerkt de basis vormen voor samenwerkingen met 5 andere laboratoria aan de
KULeuven en vele andere laboratoria in de wereld.
Gewoon Hoogleraar, Laboratorium Tropische Plantenteelt, Faculteit Bio-ingenieurswetenschappen, Groep Wetenschap en
Technologie