Geheimen van rijstgenetica blootgelegd: mogelijkheden voor duurzamere rijstteelt en behoud van variëteiten

Rijst is een van de eerste gewassen die door mensen werden gedomesticeerd, ongeveer 10.000 jaar geleden. Sindsdien is doelgericht geselecteerd op eigenschappen zoals voedingswaarde en opbrengst. Deze langdurige kunstmatige selectie heeft geleid tot een afname van de genetische diversiteit, waardoor rijst vandaag de dag kwetsbaarder is voor milieustress, zoals droogte, ziektes en plagen.

Wilde soorten kunnen zich beter aanpassen

De wilde verwanten van rijst, de zogeheten Oryza-soorten, hebben daarentegen zo’n 15 miljoen jaar evolutie doorgemaakt. In die lange periode hebben ze een opmerkelijke genetische variatie ontwikkeld in hun genoom. Daardoor kunnen deze wilde soorten zich goed aanpassen aan allerlei moeilijke omstandigheden, zoals hitte, droogte en zout in de bodem. "Het geslacht Oryza heeft een ongelooflijk rijke verzameling genomen. We hebben nu de gevolgen van de evolutie op het collectieve genoom van rijst en zijn wilde verwanten kunnen verklaren," legt onderzoeksleider Rod Wing van KAUST uit.

Planten zijn polyploïd

Mensen zijn diploïd, wat betekent dat ze twee sets chromosomen erven - één van elke ouder. Alles meer of minder kan fataal zijn. Bij planten ligt dat anders. Zij kunnen polyploïd zijn, wat betekent dat ze meerdere sets chromosomen van hun ouders krijgen. Deze extra sets zorgen voor een groter genoom, wat de aanpassing aan nieuwe of stressvolle omgevingen kan vergemakkelijken. Het kan ook leiden tot het ontstaan van nieuwe eigenschappen en zelfs nieuwe soorten. De studie onderzocht negen tetraploïde en twee diploïde wilde verwanten van rijst. De onderzoekers ontdekten dat de soorten van elkaar konden worden onderscheiden door subsets van het genoom. Deze verschillen zijn vooral het gevolg van transposeerbare elementen, ook wel ‘springende genen’ genoemd. Dit zijn stukjes DNA die van plek kunnen veranderen binnen het genoom, en die van nature zorgen voor genetische variatie. Daarnaast leidde het bestaan van zowel diploïde als tetraploïde soorten tot genomen die meer dan twee keer zo groot zijn. In een deel van dat uitgebreide DNA bevinden zich genen die de plant beter bestand hebben gemaakt tegen hogere temperaturen, droogte, zoute bodems en andere vormen van omgevingsstress. Zulke omstandigheden komen veel voor in het Midden-Oosten en nemen wereldwijd toe door klimaatverandering.

Evolutionaire boom

De onderzoekers waren ook in staat om de evolutionaire boom van wilde rijst te bepalen, die laat zien wanneer nieuwe soorten ontstonden. Deze geschiedenis biedt aanwijzingen voor momenten waarop rijst in de loop der tijd werd blootgesteld aan zware stress, wat leidde tot veranderingen in het genoom die de plant hielpen overleven. "Deze genoomanalyse biedt een uitgebreid inzicht in hoe rijst en zijn complexe wilde verwanten zijn geëvolueerd. De studie biedt een uitgebreid kader voor toekomstige initiatieven om robuuste rijstsoorten te ontwikkelen die bestand zijn tegen zware omstandigheden," aldus professor Eric Schranz van Wageningen Universiteit & Research. Met meer dan 3,5 miljard mensen die rijst gebruiken als hoofdbestanddeel van hun dieet, is rijst een van de belangrijkste voedingsgewassen ter wereld.