Vijftien jaar geleden kondigden wetenschappers aan dat ze klaar waren met het sequentiëren van het menselijk genoom, een monumentale taak die tientallen jaren onderzoek en miljarden dollars vergde. Daarna lijkt het misschien eenvoudig om de genetica van een zittende plant in kaart te brengen. Maar dat was helemaal niet het geval. Het blijkt dat het DNA van goede oude variëteit broodtarwe een verwarde, ingewikkelde puinhoop is, en het kraken van de code leek een onmogelijke prestatie - tot nu toe.
Onderzoekers hebben eindelijk het tarwegenoom bepaald, een doorbraak die zou kunnen leiden tot innovaties zoals droogte-resistente en vitaminerijke variëteiten, meldt Ed Yong in The Atlantic.
Yong legt uit dat het genoom van tarwe zo complex is omdat het genetisch gezien drie soorten in één is. Ergens ongeveer 500.000 jaar geleden, hybridiseerden twee van de grasachtige voorouders van tarwe op natuurlijke wijze, waardoor wilde emmer tarwe werd gemaakt. Toen vroege menselijke landbouwers de plant tamten, voegde een andere nauw verwante grassoort ook genetisch materiaal aan de mix toe. Dat betekent dat het genoom drie paren van elk chromosoom heeft. Het betekent ook dat tarwe 16 miljard heeft in vergelijking met het menselijke genoom, dat 3 miljard nucleotiden of genetische letters heeft. En slechts één chromosoom, zegt Yong, is groter dan het hele genoom van de sojaboon. Het hele genoom, bestaande uit 21 chromosomen, heeft ook verwarrende herhalende elementen, die 85 procent van de reeks uitmaken.
De poging om tarwe-DNA te begrijpen was net zo groot als het genoom zelf. Volgens Elizabeth Pennisi van Science kostte het 200 wetenschappers uit 73 instellingen in 20 landen (ook bekend als het International Wheat Genome Sequencing Consortium) meer dan 13 jaar en $ 75 miljoen om tarwe te kraken. Uiteindelijk bevat het nieuwe volledig geannoteerde referentiegenoom, gepubliceerd in het tijdschrift Science, de exacte locatie van 107.891 genen en 4 miljoen moleculaire markers van een broodtarwe-variëteit genaamd Chinese Spring.
Rudi Appels, een moleculair bioloog bij Agriculture Victoria in Australië, die deel uitmaakt van het consortium, zegt dat toen het project begon, veel mensen geloofden dat sequencing onmogelijk was. Maar tijd en technologie maakten het project werkelijkheid. "Ik dacht dat tarwe het verdiende zo goed gedefinieerd te zijn als het menselijk genoom en daarna ontwikkelde de technologie zich enorm, " vertelt hij Melissa Davey van The Guardian. "Plotseling leek wat ooit letterlijk onmogelijk was, haalbaar, en ik wilde erbij zijn en nieuwe technologieën vastleggen zodra ze binnenkwamen."
Tarwe kweken met traditionele methoden is notoir moeilijk geworden vanwege de complexe genetica van de plant. Het nieuwe referentiegenoom geeft onderzoekers een routekaart om de plant te verbeteren. Vroege ontwerpen van het genoom hebben het tarwe-onderzoek al snel op gang gebracht. "Wat ons jaren geleden kostte, kost ons nu één nacht, " vertelt Jorge Dubcovsky van de University of California, Davis, aan Pennisi. "Het is alsof je met een Google-kaart loopt."
Onderzoekers van het John Innes Centre in Norwich, Verenigd Koninkrijk, hebben het genoom al gebruikt om genen voor korrelgrootte te identificeren. Met behulp van CRISPR-technologie voor genbewerking konden ze tarwe produceren met granen die 20 procent groter waren dan normaal. Andere teams gebruiken het genoom om variëteiten te produceren die niet in de grond hoeven te overwinteren om te ontspruiten. Anderen onderzoeken de genen die tarwe minder kwetsbaar maken voor insecten. Onderzoekers kijken ook naar de genen die allergie veroorzakende eiwitten produceren in de hoop hypo-allergene tarwe te kweken.
De volgorde, hoe moeilijk ook, was noodzakelijk. Veel boeren waren vroege voorstanders van het project - en met goede reden. Momenteel maakt tarwe ongeveer 20 procent uit van alle calorieën die op aarde worden geconsumeerd. Als de bevolking blijft groeien, zullen boeren elk jaar meer en meer moeten produceren om de mensheid tegen 2050 te ondersteunen. Maar het omzetten van miljoenen hectaren in landbouwgrond is kostbaar en zou enorme gevolgen voor het milieu hebben. Dat betekent dat de winst van de tarwe zelf moet komen, door betere variëteiten en een sterkere weerstand tegen de elementen en insecten.
De hoop nu dat het genoom daar is, is dat tarwe enkele van de innovatieve booms zal zien die andere gewassen hebben ervaren, waaronder maïs, waarvan het genoom in 2009 werd gepubliceerd en rijst, die in 2005 werd voltooid.
