Wageningen UR heeft recent geïnvesteerd in zogenaamde optical mapping apparatuur voor DNA-analyses. Daarmee krijgen Wageningen UR, andere kennisinstellingen en bedrijven toegang tot apparatuur waarmee nog sneller en beter het complete DNA van gewassen in kaart gebracht kan worden. Dat maakt precisieveredeling van de gewassen mogelijk. De apparatuur maakt deel uit van de CAT-AgroFood Shared Research Facilities op Wageningen Campus, waarbinnen geavanceerde onderzoekfaciliteiten van Wageningen UR toegankelijk worden gemaakt voor alle onderzoekers bij kennisinstellingen en bedrijven.
Met de aanschaf van geavanceerde optical mapping apparatuur om het genoom van gewassen in kaart te brengen krijgt het onderzoek aan Wageningen UR en andere Nederlandse kennisinstellingen en bedrijven een flinke impuls. Het nieuwe Irys System van Bionano Genomics elimineert witte plekken op genoomkaarten en checkt bestaande genomen. Daardoor kan in kruisingsprogramma’s veel beter voorspeld kan worden wat de ideale kruisingsouders zijn en kan aan kiemplantjes veel preciezer dan voorheen voorspeld worden wat de eigenschappen van de volwassen planten zullen zijn.
Precisieveredeling
Met de nieuwe analyseapparatuur kunnen onderzoekers sneller en nauwkeuriger dan voorheen het genoom – de verzameling van alle erfgelijke eigenschappen van een levend organisme – in kaart brengen. Deze informatie maakt precisieveredeling mogelijk doordat van de miljarden bouwstenen in een genoom elke bouwsteen kan worden geïdentificeerd. Soms hangen duidelijke verschillen in kenmerken van gewassen, zoals rode of gele tomaten, af van subtiele afwijkingen in het genoom. Het genoomanalysesysteem kan complexe genomen aan, zoals van de economisch belangrijke gewassen als tomaat en aardappel. Andere gewassen die nog wachten op het completeren van de genoomsequenties zijn banaan, meloen en sla.
Genoomanalyse is het werkveld van Gabino Sanchez Perez, hoofd Toegepaste bio-informatica, die aan Wageningen UR het onderzoek naar genomen van deze gewassen leidt. “De bestaande referentiekaarten van veel genomen hebben nog veel onzekerheden, lacunes en dubbelingen. Met de nieuwe apparatuur kunnen we kwalitatief hoogwaardige genoomkaarten maken en belangrijker, regionen in het genoom ontrafelen die in relatie staan met waardevolle kenmerken, zoals het gehalte van gezonde inhoudsstoffen”. Daarnaast zijn er complexe plantengenomen die met de huidige apparatuur niet tot een helder beeld leiden. Ze hebben bijvoorbeeld veel herhalende stukken DNA met veel variaties. “Met het nieuwe systeem kunnen we deze ‘ontoegankelijke genomen’ wel aan, niet alleen van één exemplaar, maar zelfs van een hele populatie.”
DNA wilde tomaat sneller gereed
Intussen heeft de groep de eerste resultaten van de analyse van het totale DNA van een wilde verwant van tomaat in kaart gebracht. “Dat vergde twee weken. Met de oude technologie zou het ons twee maanden hebben gekost”, aldus Sanchez-Perez. Ook diverse andere groepen van Wageningen UR bouwen intussen expertise op met de techniek, met name op het terrein van de bioinformatica, biosystematiek en genetica. Aanvankelijk zal de Irys-apparatuur ingezet worden om de diverse genoomkaarten van de tomaat te verbeteren. Dit zal meteen een gunstige uitwerking hebben op de snelheid van de tomatenveredeling. Daardoor kunnen bijvoorbeeld sneller tomatenplanten ontwikkeld worden die ook onder slechte groeiomstandigheden een hoge voedselopbrengsten leveren.
Ook voor oncologisch onderzoek
Ook binnen andere onderzoekgebieden is deze technologie waardevol. Kankeronderzoekers hebben bijvoorbeeld ook interesse getoond om gebruik te maken van de nieuwe apparatuur in Wageningen. Onderzoek naar kleine variaties in het menselijk DNA en de gevolgen daarvan voor de gezondheid is nu nog vaak een complex deel van het onderzoek naar bijvoorbeeld kanker. De optical maping apparartuur van Wageningen UR kan daarbij helpen.
Leeslengte
De grootste horde in ‘genoomkarteringen’ is de beperkte ‘leeslengte’ van DNA: de maximale lengte van DNA fragmenten die nog zonder veel fouten afgelezen kan worden. Het Irys System van Bionano Genomics, dat vorig jaar in de innovatietop 10 van'The Scientist' belandde, ontrafelt DNA-strengen van duizenden tot wel een miljoen DNA-bouwstenen en legt de overlappende stukken geautomatiseerd parallel aan elkaar waardoor de ‘DNA puzzel’ veel makkelijker in elkaar te leggen is.
CAT-AgroFood
De nieuwe apparatuur betekent een belangrijke uitbreiding van de bestaande genoomsequentiesystemen, de zogenaamde 'next generation sequencing' systemen (NGS), binnen de CAT-AgroFood, Shared Research Facilities Wageningen UR. Deze onderzoeksfaciliteiten zijn ook voor andere organisaties toegankelijk. CAT-AgroFood is een initiatief van het ministerie van Economische Zaken en de provincie Gelderland, die elk financieel bijdragen, en van Wageningen UR, dat met inbreng van apparatuur in natura bijdraagt. Door de combinatie van kostbare faciliteiten – het Irys systeem, PacBio RS II (een NGS-techniek), en een flow cytometer cell sorter voor DNA-isolatie en complementaire apparatuur, biedt Wageningen een setting, die genomen zowel isoleert als analyseert voor kosten die elders veelal onmogelijk zijn.
Meer informatie:
T.: +31 (0) 0317 480 100
W.: www.wageningenur.nl
Foto: E. Dronkert
