Wetenschappers van het in Wageningen gevestigde KeyGene hebben in het wetenschappelijke tijdschrift PLoS ONE een flexibele en schaalbare technologie gepubliceerd voor effectievere en snellere plant- en dierveredeling. De technologie, genaamd SNPSelect, is gebaseerd op zogenaamde SNP's: Single Nucleotide Polymorphisms. SNPs zijn genetische varianten waarbij een stuk van het DNA slechts in één nucleotide varieert. De combinatie van al deze genetische varianten is uniek voor elk individu en wordt wel ‘het genotype’ genoemd.
Deze grafiek laat zien hoe SNPSelect een plantenveredelaar of veefokker helpt als hij of zij een diploïde gewas veredelt. Voor elke plant uit het veredelingsprogramma (elke punt in de grafiek) en voor elke SNP (deze grafiek gaat over één specifieke SNP) zal SNPSelect de veredelaar of fokker vertellen of de plant of het dier homozygoot is voor variant A of B (rode en blauwe stippen) of juist variant A én B in het DNA heeft (groene stippen). Dit helpt de fokkers en veredelaars om de beste dieren en planten te kiezen.
De SNPSelect-technologie kan plantenveredelaars en veefokkers over de hele wereld helpen om effectiever en sneller te werken naar bijvoorbeeld meer duurzame, meer rendabele en / of hogere kwaliteit plantenrassen.
Tot wel duizenden SNP's detecteren en volgen in één test
SNP's kunnen voor plantenveredelaars en veefokkers heel nuttig zijn, omdat deze lokale kleine verschillen in het DNA, grote veranderingen kunnen veroorzaken in belangrijke eigenschappen. Waar andere DNA-technologieën vaak slechts één, een paar of een vast aantal SNP's per analyse aan kunnen, kan KeyGene's SNPSelect flexibel tot wel duizenden SNP's in één enkele test detecteren en volgen.
Belangrijke verschillen tussen planten of dieren binnen dezelfde soort worden soms veroorzaakt door zeer kleine verschillen in hun DNA. Het verschil tussen rode of witte bloemen kan bijvoorbeeld veroorzaakt worden door een verschil in één enkel basenpaar, de bouwstenen van DNA. Terwijl het totale DNA van diezelfde plant wel 1.000.000.000 basenparen groot kan zijn. Zo'n klein verschil in DNA wordt een SNP genoemd.
Veredelaars willen planten kunnen selecteren met de beste combinatie van zo veel mogelijk SNP's die bij belangrijke eigenschappen betrokken zijn. Denk aan resistentie tegen ziekten of plagen, verbeterde opbrengst en hogere voedselkwaliteit. Zodra ze de nuttige SNP's hebben geïdentificeerd, willen veredelaars deze kleine DNA-verschillen gebruiken om hun veredelingsprogramma te optimaliseren.
Nieuw gereedschap
De onlangs wetenschappelijk gepubliceerde SNPSelect-technologie geeft plantenveredelaars veefokkers een belangrijk nieuw gereedschap:
• de technologie is schaalbaar: het screent tussen slechts enkele tot maximaal duizenden SNP's in één DNA-analyse. In hun wetenschappelijke artikel laten wetenschappers van KeyGene zien dat de techniek kan worden gebruikt voor het in één klap analyseren van 1.000 SNP's. In hun eigen onderzoek gebruiken de wetenschappers SNPSelect al om tot 10.000 SNP’s te screenen in één enkele DNA-analyse.
• de technologie is zeer flexibel: het stelt veredelaars en fokkers in staat om de set SNP's waarmee ze werken eenvoudig te veranderen als dat voor een volgende selectie stap nuttig is.
Hoe het werkt
Met SNPSelect worden voor iedere te onderzoeken SNP drie kleine DNA-fragmenten, zogenaamde probes, ontworpen en gesynthetiseerd. In het geval van 1.000 SNP’s gaat het dus om drieduizend verschillende probes, die allemaal een uniek DNA-identificatiedeel hebben. Die probes worden toegevoegd aan alle DNA-monsters van de planten of dieren die de plantenveredelaar of veefokker wil onderzoeken.
Vervolgens worden met behulp van de probes en onder andere de zogenoemde polymerase chain reaction (PCR) DNA-moleculen geproduceerd die kenmerkend zijn voor alle SNP's die in de monsters gescreend gaan worden. Deze DNA-moleculen worden vervolgens geïdentificeerd met behulp van een DNA-sequencer. Specifiek ontworpen software vertaalt de resultaten van de DNA sequencer naar echte genotypen.
Met behulp van deze zogenoemde genotyperingsgegevens kan de plantenveredelaar de beste planten en de veefokker de beste dieren uitzoeken om verder mee te gaan. De SNPSelect-technologie van KeyGene kan via een licentiesysteem gebruikt worden door DNA-dienstverleners, veredelingsbedrijven, instituten en universiteiten.