Door Krit Raemakers, eigenaar van Plant Cytometry Services
Expert in flow cytometrie en plantenveredeling
De complexe genetica van de orchidee
Orchideeën behoren tot de meest soortrijke plantenfamilies op aarde, met naar schatting meer dan 25.000 soorten. Toch is het maar een klein deel van deze kleurrijke familie dat uiteindelijk de weg vindt naar huiskamers, kassen en tuincentra. De weg van wilde soort naar commerciële plant is allesbehalve eenvoudig.
Binnen de sierplantenteelt wordt al jarenlang gewerkt met veredeling, waarbij verschillende soorten met elkaar gekruist worden om nieuwe, aantrekkelijke variëteiten te ontwikkelen. Maar bij orchideeën brengt dit unieke uitdagingen met zich mee. Door het gebruik van genetisch uiteenlopende soorten, kunnen er enorme verschillen ontstaan in genoomgrootte – soms wel een tienvoud verschil tussen de verkregen “novelty” en de oorspronkelijke soort. Bijna alle soorten zijn endopolyploid dwz hebben van nature kernen met een hoger ploidy niveau. Dit maakt de genetische puzzel nog ingewikkelder.
Waarom orchideeën een andere aanpak vragen
In veel planten wordt de grootte van het genoom – en daarmee vaak ook het aantal chromosomen (ploidy) – bepaald via flowcytometrische technieken. Dat werkt prima bij de meeste soorten, maar bij orchideeën is het een ander verhaal. Veel orchideeën zijn namelijk extreem endopolyploid: een natuurlijk proces waarbij sommige cellen meerdere keren hun DNA verdubbelen, zonder dat de cel zich deelt. Daardoor kan het gebeuren dat in één blad van een diploide plant uitsluitend kernen aanwezig zijn met een hoger ploidy niveau van tot soms wel 128x. Met andere woorden: ook al is de plant in principe diploïde, de meeste of zelfs alle kernen die in het blad worden gemeten hebben een hoger ploidy niveau.
Dat maakt het lastig om via een standaard meting uitspraken te doen over de werkelijke genoomgrootte/ploidy. De oplossing zit in het meten van jonge peulen of pollinia (stuifmeelklompjes). Indien aanwezig, ook ondergrondse meristemen van planten kunnen gebruikt worden (zie figuur D).
Een zeldzaam verschijnsel: partiële endoreduplicatie
Bij wilde orchideeën komt een bijzonder fenomeen voor dat in de plantenwereld nergens anders voorkomt: partiële endoreduplicatie (PE). Hierbij wordt slechts een deel van het genoom verdubbeld, in plaats van het geheel. Hoeveel dat is, verschilt per soort en varieert van 12% tot 90%.
Het gevolg hiervan is dat een plant met PE (zie figuur B)ploidie niveaus heeft die anders zijn dan in een plant zonder PE (zie figuur A). Alsof dat nog niet bijzonder genoeg is, hebben planten met soms een behoorlijk aantal cellen die de eerste ronde van PE over slaan (zie figuur C). In het plaatje hieronder wordt weergegeven hoe dit er uit ziet.
Literatuur:
Diversity in genome size and GC content shows adaptive potential in orchids and is closely linked to partial endoreplication, plant life-history traits and climatic conditions. Pavel Trávníček, Martin Čertner, Jan Ponert, Zuzana Chumová, Jana Jersáková, Jan Suda. New phytologist, 2019. 224: 4 https://doi.org/10.1111/nph.15996