Fenotype = genotype + invloed van buitenaf

Het is nog niet zo lang geleden dat het Amerikaanse nieuwsplatform Bloomberg een nieuwe video lanceerde in de serie Problem Solved.

Dit keer was het onderwerp  'Hoe 10 miljard mensen te voeden' - https://www.npec.nl/news/how-to-feed-10-billion-people/  
Deze video's richten zich op hoe wetenschappers enkele van de grootste uitdagingen waarmee de wereld wordt geconfronteerd proberen op te lossen. Hoe 10 miljard mensen te voeden tegen 2050?

NPEC-onderzoek
Dat is een van de vragen waaraan ons NPEC-onderzoek kan bijdragen! NPEC staat voor Netherlands Plant Eco-phenotyping Centre. 
Fotosynthese vormt de kern van de productie van planten, en hoewel we dachten dat dit niet verbeterd kon worden, weten we nu dat het wel kan! Daarvoor is het nodig dat we fotosynthese heel nauwkeurig en bij hoge doorvoer van planten kunnen meten, dat is precies wat NPEC voor verschillende gewassen zal bieden. Deze onderzoekfaciliteit is momenteel in aanbouw. Inmiddels is de eerste apparatuur geïnstalleerd en beschikbaar is voor onderzoekers. De faciliteit die in Wageningen komt te staan bestaat uit een kas van circa 900 m2 en verdeeld in 4 compartimenten met rondom een corridor om buiten invloeden zoveel mogelijk uit te sluiten. 

NPEC biedt ons een ultramoderne faciliteit voor fenotyperen van planten om de genetica achter de interacties tussen milieu en plantengenen te ontrafelen. Met dit project is een totaal bedrag gemoeid van ongeveer 22 miljoen euro. Het gaat dan om die genen die de prestaties van planten bepalen. Deze faciliteit helpt ons om wetenschappelijke doorbraken te bereiken die nodig zijn om duurzame oplossingen te ontwikkelen en om de voedselzekerheid in de toekomst te waarborgen. Maar ook kan het door de juiste inzichten helpen om klimaatverandering te beperken.
Het NPEC is een gezamenlijk initiatief van Wageningen University & Research en de Universiteit Utrecht. Deze onderzoeksfaciliteit is deels gehuisvest bij Wageningen University & Research en de Universiteit Utrecht en wordt mede gefinancierd door de Nederlandse Organisatie voor Wetenschappelijk Onderzoek (NWO). Het is een een veelzijdige modulaire faciliteit waarmee Nederlandse en internationale wetenschappers nauwkeurige high-throughput fenotyping van planten kunnen uitvoeren en analyses van plantenprestaties in relatie tot relevante biotische en abiotische factoren op verschillende schalen kunnen meten. Van molecuul tot gewas (van nm tot cm).
 

De faciliteit bestaat uit zes complementaire, experimentele modules:

1. In de precisie mesocosm-level ECOtron (ECO)
Met deze module is het mogelijk om de interactie tussen plant-plant en plant-microbe zowel boven- als ondergronds te bestuderen.

2. De fenotyping-module Plant-Microbe Interactions (PMI)
Deze module zal worden gebruikt voor onderzoek naar plant-microbe-interacties van moleculaire niveau tot het niveau van de plant.

3. De Multi-Environment-klimaatkamermodule (ME)
Deze module is ontworpen om de moleculaire basis van reacties van planten op meerdere omgevingsfactoren te bestuderen.

4. De high-throughput fenotyperende klimaatkamermodule (HTP)
Deze module maakt geautomatiseerde, high-throughput screening van plantengenotypes onder sterk gecontroleerde omgevingscondities mogelijk.

5. In de GreenHouse fenotyping (GH)
Deze module wordt geïntegreerde hele-plant fenotyping uitgevoerd, waarbij verschillende gewassen worden getest, van zaailing tot oogst.

6. De Open-Field fenotyping (OF)
Deze module biedt een mobiel drone- en voertuiggebaseerd fenotypesysteem dat individuele planten in kleine percelen of grote velden kan bestuderen.

Fenotypering
U zult zich misschien wel afvragen maar wat is fenotypering nu eigenlijk. 
Eigenlijk is het niet meer dan het totaal van alle waarneembare eigenschappen (kenmerken) van een plant. Het is het resultaat van de genetische aanleg (het genotype) van een planten de invloed daarop van zijn omgeving (de milieufactoren). De term werd in 1911 bedacht door Wilhelm Johannsen (1857-1927), om onderscheid te maken tussen de erfelijke eigenschappen van een organisme enerzijds en het resultaat daarvan anderzijds. Het woord betekent letterlijk 'verschijningsvorm' en is afgeleid van het Griekse phainein, dat 'doen schijnen' betekent (bron: wikipedia). 

Dus het NPEC zal worden gebruikt als de set van methoden en protocollen die worden gebruikt om plantengroei, -architectuur en -samenstelling met een bepaalde nauwkeurigheid en precisie te meten met niet-invasieve technologieën. Het gaat dan om het verzamelen van data met behulp van geautomatiseerde systemen iover het plantenfenotype. Deze wijze van werken is een relatief nieuw domein binnen de plantenwetenschappen op het gebied van niet-destructieve, op beeldanalyse gebaseerde fenotypering die een karakterisering van plantkenmerken in een hoge doorvoer mogelijk maken. 

Het fenotype ontstaat op basis van een combinatie van het genotype, bepaald door de DNA-sequentie en de omgeving waarin een plant groeit. De DNA-sequentie kan tegenwoordig relatief eenvoudig worden verkregen en tegen betaalbare kosten. Het milieu omvat alle externe biotische en abiotische aspecten die de plantengroei beïnvloeden, dus inclusief plagen en ziekten, het weer, de bodem, maar ook gewasbeheer.

Wilt u meer weten neem dan contact op met mijn collega Rick van der Zedde. 

Jan Willem de Vries
Wageningen University & Research
Business Unit Glastuinbouw