4 juli 2018

DNA van supersnelle groeier Azolla bepaald

Eerste genoom van een varen komt uit Utrechtse sloot

Cover van Nature Plants met de eerste twee varens waarvan het genoom is bepaald
De coverfoto van Nature Plants, met de twee varens waarvan het genoom is bepaald: Azolla filiculoides (achter), en Salvinia cuculata (voor). Foto: Laura Dijkhuizen, Universiteit Utrecht

Voor het eerst is het genoom van varens in kaart gebracht. Het gaat om twee soorten, waarvan één, de grote kroosvaren of Azolla, afkomstig is uit de sloot bij stadion Galgenwaard in Utrecht. Het genoom hiervan is bepaald door onderzoekers van de Universiteit Utrecht. Zij doen al langer onderzoek naar dit super snelgroeiende varentje omdat het een duurzaam alternatief voor bijvoorbeeld soja zou kunnen zijn. De resultaten van het onderzoek zijn op 2 juli gepubliceerd in het wetenschappelijke tijdschrift Nature Plants.

Genomen van varens zijn veel groter dan dat van de mens en hun economische waarde wordt niet hoog ingeschat. Vandaar dat pas nu, in een mede door crowdfunding mogelijk gemaakte internationale samenwerking, de eerste twee complete genomen zijn bepaald, vertelt dr. Henriette Schluepmann van de Universiteit Utrecht.

Alternatief voor veevoer

Sloot met Azolla, Montfoort
Sloot met Azolla in Montfoort

In Utrecht doen Schluepmann en collega’s, waaronder tweede auteur Paul Brouwer, al langer onderzoek naar de grote kroosvaren of Azolla filiculoides. Dit drijvende zoetwater varentje zou economisch wel interessant kunnen zijn, om te beginnen als alternatief voor veevoer. “Voor ons vee komt in de Rotterdamse haven per jaar meer soja binnen dan dat er sojaplanten kunnen groeien in Nederland. Het kweken van Azolla zou een duurzaam lokaal alternatief kunnen zijn”, licht promovenda Laura Dijkhuizen toe.

In een week twee keer zo groot

Azolla komt in grote delen van de wereld voor. In de Nederlandse zomer groeit de plant in een week tijd twee keer zo groot. De plant zelf is beperkt verteerbaar, maar zou door de grote hoeveelheid eiwitten gebruikt kunnen worden als grondstof voor veevoer.

Dubbele fotosynthese

De snelle groei van Azolla wordt mogelijk gemaakt door een bijzondere samenwerking – symbiose - met een bacterie die in de bladeren van de varen leeft. Deze cyanobacterie neemt via zijn eigen fotosynthese stikstof op uit de lucht en deelt die met de plant. De meeste planten kunnen stikstof alleen uit de bodem opnemen, waar het vaak een beperkende factor is voor groei. Azolla heeft dankzij de symbiose met de bacterie een dubbele fotosynthese. Dat maakt de uitbundige groei en grote eiwitproductie mogelijk.

Het drijvende varentje Azolla
Het blad van de Azolla bestaat uit twee delen. De onderste helft is transparant en functioneert als een soort vlot. De bovenste helft is dik en donkergroen. Hierin leven bacteriën die stikstof vastleggen, waardoor de plant uitzonderlijk snel kan groeien.

Heel ander mechanisme

Ook van een andere groep planten is een symbiose bekend met bacteriën die stikstof uit de lucht halen en met de plant delen. Het leek voor de hand te liggen dat bij Azolla (deels) dezelfde genen en moleculen betrokken zouden zijn. Nu het genoom van Azolla bekend is, blijkt het mechanisme heel anders. “Door dit genoom-onderzoek zijn we dus ook veel meer te weten gekomen over de stofwisseling van deze varens”, aldus Schluepmann.

Samen evolueren

Het onderzoek bevestigt bovendien het vermoeden dat Azolla en de cyanobacterie sámen evolueren. Dat kan, omdat in een deel van de sporen die de varen verspreidt een speciaal compartiment met bacteriën zit. Omdat het genoom van Azolla niet bekend was, kon deze co-evolutie niet eerder worden aangetoond.

Zonder mest

Schluepmann: “Met dit onderzoek vullen we een groot gat in onze kennis over de evolutie van planten. Het gaat ook nog eens om een drijvende soort die zelfstandig, zonder bemesting met stikstof, een zeer hoge groeisnelheid en eiwit-productiviteit heeft. Dit eerste varen genoom kunnen we gebruiken voor het selecteren van varen-soorten die geschikt zijn voor aquacultuur.”

Publicatie

‘Fern genomes elucidate land plant evolution and cyanobacterial symbioses’
Fay-Wei-Li, Paul Brouwer*, […], Henriette Schluepmann*, Gane K.-S. Wong, Kathleen M.Pryer; verbonden aan de Universiteit Utrecht.
Nature Plants, 2 juli 2018, https://doi.org/10.1038/s41477-018-0188-8

Dit onderzoek maakt deel uit van Future Food Utrecht, één van de vier hubs binnen de transdisciplinaire onderzoekssamenwerking Pathways to Sustainability aan de Universiteit Utrecht.

Lees ook

Rosette of Young Leaves Giant Lobelia