(UNIVERSITEIT VAN BONN, meerjarige studie verslag)

Een onderzoeksproject uitgevoerd aan de Universiteit van Bonn onthult verschillen in de groei van planten onder biologische en conventionele landbouwmethoden.

Een langetermijnstudie aan de Universiteit van Bonn heeft aangetoond dat planten zich genetisch kunnen aanpassen aan de specifieke omstandigheden van de biologische landbouw. In het onderzoek verbouwden onderzoekers gerst op twee aangrenzende velden, waarbij ze op de ene conventionele landbouwtechnieken toepasten en op de andere biologische praktijken.

In de loop van ruim twintig jaar werd de biologische gerst verrijkt met specifiek genetisch materiaal dat afweek van de vergelijkende cultuur. De resultaten laten onder meer zien hoe belangrijk het is om rassen te telen, vooral voor de biologische landbouw. De resultaten zijn nu gepubliceerd in het tijdschrift Agronomie voor Duurzame Ontwikkeling.

Eind jaren negentig startte prof. dr. Jens Léon een experiment aan de Universiteit van Bonn waarvan hij wist dat het lange tijd zou duren. Zijn onderzoeksgroep wilde onderzoeken welke effecten landbouwomstandigheden hebben op genetisch materiaal in planten. Daartoe voerden ze gedurende een periode van 23 jaar een complexe langetermijnstudie uit aan het Institute of Crop Science and Resource Conservation (INRES). “We hebben hoogproductiegerst eerst gekruist met een wilde vorm om de genetische variatie te vergroten”, zegt Léon. “Deze populaties hebben we vervolgens op twee aangrenzende velden geplant, zodat de gerst op dezelfde grond en onder dezelfde klimatologische omstandigheden groeide.”

Het enige verschil was de landbouwmethode. Op een van de velden werd conventionele landbouw toegepast waar de onderzoekers pesticiden gebruikten om ongedierte te bestrijden, chemische middelen om onkruid te verwijderen en minerale meststoffen om een goede toevoer van voedingsstoffen te garanderen. Op het andere terrein kozen de onderzoekers voor een meer ecologisch verantwoorde aanpak: geen pesticiden, mechanisch onkruid bestrijden en de bodem bemesten met stalmest.

Een deel van de granen werd elke herfst bewaard om de velden de volgende lente in te zaaien – waarbij gebruik werd gemaakt van de biologische granen op het biologische veld en de gerst die onder conventionele omstandigheden werd verbouwd op het vergelijkende veld. “We hebben de granen echter niet gekozen op basis van bepaalde kenmerken, maar hebben eenvoudigweg willekeurig een klein deel van de oogst geselecteerd”, benadrukt Léons collega Dr. Michael Schneider.

Analyseren van de ontwikkeling van het genoom in time-lapse

Ook analyseerden de onderzoekers jaarlijks de genomen van de conventioneel en biologisch gekweekte planten. Elk afzonderlijk gen kan in verschillende vormen bestaan, de zogenaamde allelen. Het menselijke gen dat verantwoordelijk is voor de oogkleur bestaat bijvoorbeeld in de allelen ‘bruin’ en ‘blauw’. De frequentie waarmee bepaalde allelen in een populatie voorkomen, kan van generatie op generatie veranderen. Omgevingscondities zijn één factor die een rol speelt in dit proces: allelen die ervoor zorgen dat planten gedijen in hun huidige omgeving worden meestal steeds vaker aangetroffen.

De onderzoekers identificeerden twee interessante trends in hun genetische tests: In de eerste twaalf jaar veranderde de allelfrequentie in de gerst op beide velden op dezelfde manier. “Onze interpretatie van deze bevinding is dat de zeer diverse populaties, veroorzaakt door een kruising met wilde gerst, zich aanpasten aan de lokale omstandigheden”, zegt dr. Agim Ballvora, die ook aan het onderzoek deelnam.

“Factoren als het klimaat, de bodem en vooral de daglengte waren immers voor beide populaties identiek.” De allelfrequenties van beide culturen liepen in de daaropvolgende jaren echter steeds meer uiteen. Met name de gerst die met behulp van biologische landbouwmethoden werd geteeld, ontwikkelde genvarianten die minder gevoelig waren voor een tekort aan voedingsstoffen of een gebrek aan water – dat wil zeggen allelen die de structuur van de wortels beïnvloedden. “Een reden hiervoor zijn vermoedelijk de sterke verschillen in de beschikbaarheid van voedingsstoffen in de biologische landbouw”, zegt Léon.

Genetische heterogeniteit vergemakkelijkt het aanpassingsproces

De conventioneel gekweekte gerst werd in de loop van de tijd ook genetisch uniformer, wat betekent dat het genetische materiaal in de individuele planten die op het veld werden gekweekt van jaar tot jaar steeds meer op elkaar ging lijken. De biologische gerst bleef echter heterogener. De allelfrequenties van de organische cultuur varieerden in de loop van de tijd ook meer. Dit had tot gevolg dat sommige jaren voor sommige allelen extreem gunstig of ongunstig waren.

Dit zou kunnen komen doordat de omgevingsomstandigheden in de biologische landbouw veel meer fluctueren dan bij conventionele inlijstingsmethoden: als bepaalde plantenziekten zich bijvoorbeeld binnen een jaar manifesteren, zullen de planten het meest afhankelijk zijn van de allelen die hen zullen beschermen. De variabiliteit van de omgevingskrachten die op de planten inwerken, lijkt tot een grotere genetische heterogeniteit te leiden. “Hierdoor kunnen de planten zich beter aanpassen aan dit soort veranderingen”, zegt Léon.

Over het geheel genomen tonen de resultaten het belang aan van het telen van rassen die geoptimaliseerd zijn voor de biologische landbouw. Naarmate hun genetische samenstelling zich aan deze omstandigheden heeft aangepast, zullen ze robuuster zijn en hogere opbrengsten opleveren. “Bovendien lijkt het zinvol om bij het kweken van planten deze te kruisen met oudere of zelfs wilde variëteiten”, legt Léon uit. “Onze gegevens geven ook aan dat dit zelfs ten goede zou kunnen komen aan conventionele rassen met een hoge opbrengst.”

Referentie: “Diepe genotypering onthult specifieke aanpassingsvoetafdrukken van conventionele en biologische landbouw in gerstpopulaties – een evolutionaire benadering van plantenveredeling” door Michael Schneider, Agim Ballvora en Jens Léon, 8 mei 2024, Agronomie voor Duurzame Ontwikkeling.

DOI: 10.1007/s13593-024-00962-8

Het onderzoek werd gefinancierd door de Duitse Onderzoeksstichting (DFG).

Bron: https://scitechdaily.com/study-reveals-that-organic-farming-changes-plants-genetic-code/

Cover image: Les épis d’orge by S@ndrine on Flick https://www.flickr.com/photos/neelsandrine/27394008785/