CRISPR-Cas om groentes te verbeteren

Maat: px

Weergave met pagina beginnen:

Download "CRISPR-Cas om groentes te verbeteren"

Evelien ter Linde
4 jaren geleden
Aantal bezoeken:

1 CRISPR-Cas om groentes te verbeteren Hoe kunnen we planten weerbaarder maken? Elysa Overdijk, mei 2019 Leerstoelgroepen Fytopathologie en Celbiologie, Wageningen Universiteit

2 Inhoud miljard miljard Hoe kunnen we de voedselproductie verhogen zonder de natuur te veel te verstoren? 2

3 Plantenziekten zorgen voor 20% voedselverlies 3

4 Voorbeelden van beroemde plantenziekten Aardappelziekte Phytophthora Panamaziekte 4

5 Plantweerbaarheid verhogen! 5

6 Inhoud lezing Hoe werkt het afweersysteem van planten? Hoe kunnen we het afweersysteem verbeteren? Veredeling Genetische modificatie en CRISPR-Cas techniek Debatteren 6

7 Afweersysteem van planten 7

8 Veel verschillende soorten plant-belagers Insecten Schimmels Oömyceten Bacteriën Virussen Nematoden 8

9 Hoe kom je als pathogeen een plant binnen? Hoe kom je een plantencel binnen? 9

10 Plantencel heeft een dikke celwand 10

11 Directe penetratie van de celwand dmv appressorium Structuur van schimmels en oömyceten Extreem hoge druk (80 bar) 11

12 Bladluizen en nematoden gebruiken een stekel 12

13 Voedingsstructuur in de plantencel - haustorium Echte meeldauw 13

14 Afweersysteem van planten Altijd aanwezige afweer Haren Doorns en stekels Secundaire metabolieten met antimicrobiële werking Geïnduceerde afweer 14

15 Hoe kan een plant een ziekteverwekker herkennen? 15

16 Speciale receptoreiwitten aan buitenkant van de cel Herkennen deeltjes van de ziekteverwekker 16

17 Snelle geïnduceerde verdediging Productie van zuurstofradicalen Enzymen worden actief Genen worden aangezet 17

18 Verstevigen van de celwand Aanbrengen van een dikke prop callose 18

19 Hormonen betrokken bij afweer: complexe interacties SA: salicylzuur JA: jasmonzuur ABA: abscisinezuur ET: ethyleen 19

20 En dan... plant heeft pathogeen herkend en afweer aangezet... Pathogeen vecht terug! 20

21 Effectoreiwitten die plantenafweer onderdrukken 21

22 Voorbeeld van een effector in actie AVR1 effector van aardappelziekte Phytophthora infestans Onderdrukt afweer: grotere lesies Du et al., 2015 Plant Physiology Controle 22

23 Door effectoren die afweer van de plant onderdrukken lijkt de pathogeen te winnen...

24 Receptoren in de cel die effectoren herkennen: resistentie-eiwitten Afweerreacties Afweerreacties Dodds and Rathjen (2010) Nat Rev Genet 24

25 Resistentie-eiwitten activeren afweer Hypersensitieve reactie lokale zelfmoord van cellen Gele roest op tarwe 25

26 Gen-om-gen interactie = sleutel-slot principe Resistentie-eiwit is heel specifiek 26

27 Samenvatting geïnduceerde plantenafweer 2 lagen van verdediging: 1. Receptoren aan de buitenkant van de cel Herkennen deeltjes van de pathogeen Zwakke, maar algemene afweer wordt aangezet 2. Receptoren in de plantencel = resistentie-eiwitten Herkennen effectoreiwitten van de pathogeen Specifieke, maar sterke afweer wordt aangezet (lokale celdood) 27

28 Plantenafweer heeft ook een geheugen 28

29 Tabak Tabaks Mozaïk Virus (TMV) SAR: systemic acquired resistance TMV (2 e ) TMV (1 e ) C.M. J. Pieterse, Utrecht University

30 SAR - Systemische afweer Na infectie door biotrofe ziekteverwekker Actief tegen verschillende typen ziekteverwekkers Bacterie Schimmel Oömyceet Virus Ctrl SAR C.M. J. Pieterse, Utrecht University 30

31 Ook door niet-pathogene bodembacteriën Radijs Fusarium infectie Pseudomonas fluorescens

32 Plantenafweer is vergelijkbaar met onze eigen afweer Receptoreiwitten die ziekteverwekker herkennen Geïnduceerde afweer (specifiek en algemeen) Geheugen 32

33 Hoe kunnen we de afweer van planten verbeteren? Bodemverbetering Meer micro-organismen Veredeling 33

34 Veredeling van resistente gewassen Inkruisen van resistentiegenen Verhogen van algemene afweer Uitschakelen van vatbaarheidsgenen Duurzaamheid van de resistentie is erg belangrijk! Constante wapenwedloop Aardappelziekte Phytophthora 34

35 Bronnen van resistentie-eiwitten (Wilde) verwante soorten Mutaties Klassieke veredeling Vaak geïnduceerd via chemicaliën of straling Genetische modificatie GMO 35

36 Klassieke veredeling versus GMO Klassieke veredeling: kruisen van verwante soorten om zo te selecteren voor gunstige eigenschappen (indirect DNA veranderen) Gebruik van GMO: DNA direct veranderen Gen toevoegen van verwante soort of ongerelateerd organisme 36

37 37

38 Verschillende soorten GMO Transgeen: gen uit een andere soort toevoegen Bijvoorbeeld uit een bacterie Cisgeen: gen uit dezelfde plantensoort Handig voor planten die moeilijk te kruisen zijn (aardappel) Subgeen: gen uitschakelen in plaats van toevoegen 38

39 Voorbeelden meest gebruikte GMO resistenties Bt toxine: insectresistentie Bacterieel gen voor giftige stof Herbicide (Glyfosfaat/Roundup) resistentie 39

40 Nieuwste GMO techniek: CRISPR-Cas 40

41 CRISPR-Cas9 Eenvoudig en precies DNA aanpassen Moleculaire zoekmachine en schaar Komt geen vreemd DNA mee Simpelere video in NL: Knutselen met DNA, Het LAB 41

42 Europese regelgeving Dus, we kunnen veel, maar willen we dit ook? Europees Hof 2018: CRISPR-Cas valt onder strenge GMO-procedure uitgebreide toelatingsprocedure nodig (bvb in VS, Japan, Australië niet) Meeste consumenten zijn huiverig voor GMO s 42

43 Debat in de klas Lagerhuisvorm erg toegankelijk Iedereen kan meedoen Veel interactie Regels: Opstaan als je het woord wil Pas spreken als de debatleider je het woord geeft Laat elkaar uitpraten Elkaar niet kwetsen of persoonlijk aanvallen 43

44 Debat over GMOs en CRISPR-Cas 3 stellingen 5 minuten voorbereiding 5 minuten debat per stelling Voor Tegen 44

45 Stelling 1 De CRISPR-Cas techniek moet in Europa niet onder de strenge GMO-regelgeving vallen 5 min 45

46 Stelling 2 Het genetisch modificeren van gewassen moet verboden worden 5 min 46

47 Stelling 3 De CRISPR-Cas techniek mag wel toegepast worden op planten, maar niet op mensen 5 min 47

48 Mogelijke risico s van GMOs Wat is de invloed op mens en milieu op langer termijn? Is het veilig om GMOs te eten? Kan het nieuwe DNA zich verspreiden? Misbruik van macht door multinationals 48

49 Variaties voor in de klas Thuis laten voorbereiden Leerling het debat laten leiden Vrije rollen: leerlingen mogen hun eigen mening verdedigen Overloopdebat: van kant wisselen als je van mening veranderd 49

50 Take home messages Planten zijn niet saai! Ze hebben net als wij een complex afweersysteem. CRISPR-Cas techniek biedt veel mogelijkheden, maar maatschappelijk debat is erg belangrijk Website speciaal voor scholieren: 50

Vergelijkbare documenten

Leerlingenhandleiding

Leerlingenhandleiding Afsluitende module Wapenwedloop Ontwikkeld door het Centre for BioSystems Genomics in samenwerking met Wageningen University Tekst Doriet Willemen en Jan-Kees Goud Illustraties Wageningen