Technologie voor versnellen van veredeling

'In korte tijd maken we een ontwikkeling door die te vergelijken is met het vervoer met paard en wagen tot reizen met de hoge snelheidstrein', vertelt Antoine Janssen, data-expert bij KeyGene. Met genoomwetenschapper Alexander Wittenberg geeft hij een toelichting op generaties apparatuur in de machinekamer van het onderzoeksbedrijf. Wittenberg wijst naar een grote machine waarmee twaalf jaar geleden het hele DNA van tomaten voor het eerst ontcijferd is. 'Dat duurde bijna een jaar. Nu hebben we apparaten die handzamer en goedkoper zijn, waarmee we in een dag een genoom kunnen analyseren.'

Vanwege het vijfendertigjarig bestaan van KeyGene waren enkele journalisten onlangs uitgenodigd op het hoofdkantoor in Wageningen. Naast Nederland heeft het bedrijf ook vestigingen in India en de Verenigde Staten. KeyGene is ooit opgericht door een vijftal Nederlandse zaadfirma's met als doel om samen aan de slag te gaan met biotechnologie. 'Het was de tijd van de opkomst van de DNA-technieken en de oprichters wilden vooral bekijken hoe deze nieuwe technologie kon bijdragen aan het versnellen van de veredeling', vertelt KeyGene-directeur Roeland van Ham.

Experimenteren

Dat doel geldt nog steeds voor de huidige aandeelhouders, te weten Enza Zaden, Rijk Zwaan, Takii Seeds en Limagrain Vegetable Seeds. Deze zaadfirma's vertegenwoordigen 40 procent van de wereldmarkt voor groentezaden. Op het gebied van groenten werkt KeyGene exclusief voor deze bedrijven. Voor veldgewassen kunnen ook andere veredelaars de technologieën toepassen die KeyGene ontwikkelt. Bij het onderzoeksbedrijf werken wereldwijd zo'n 150 veredelingsspecialisten.

Over de positionering in het R&D-landschap zegt Van Ham dat KeyGene actief is in het gebied tussen het fundamentele wetenschappelijke onderzoek en het toegepaste veredelingsonderzoek van zaadbedrijven. 'Wij houden ons niet zozeer bezig met het veredelen, maar meer met de voorbereidingen daarop. Omdat wij minder de tucht van de markt voelen, is er meer ruimte om te experimenteren. Dat geeft extra innovatiekracht.'

KeyGene is volgens Van Ham voorloper op het gebied van DNA-technologie ofwel het analyseren van genomen en het werken met merkers. Dit betreft niet alleen plantensoorten maar bijvoorbeeld ook pathogenen. Van Ham omschrijft het als het leren begrijpen van DNA-structuren en daarbij verbanden leggen met eigenschappen van organismen. Dit is de link tussen genetica en fenotypering.

Data-analyse

Van Ham: 'Via data-analyses proberen we te herleiden welk deel van het DNA verantwoordelijk is voor bepaalde eigenschappen en daarop kunnen we eventueel mutagenese toepassen, bijvoorbeeld voor het inkruisen van resistenties.' De reguliere mutagenese door straling of chemicaliën omschrijft hij als willekeurig. Van Ham stelt dat met technieken die vallen onder de noemer van gene-editing meer rechtstreeks en op de juiste positie in het DNA een mutatie kan worden geïnitieerd. Daarvoor onderzoekt KeyGene ook de mogelijkheden met Crispr-Cas. Deze technieken vallen in Europa nu nog vooral onder de regulering voor genetische modificatie.

Op de Amerikaanse vestiging van KeyGene in Rockville, Maryland wordt aandacht besteed aan analyses van metabolieten om gewassen te verbeteren. Via een videoverbinding vertelt Walter Nelson, directeur van KeyGene in de VS over technieken om in korte tijd honderden plantmetabolieten te analyseren. Deze informatie wordt gebruikt voor inzichten over correlaties tussen inhoudsstoffen en planteigenschappen. Volgens Nelson zijn metabolieten vaak gekoppeld aan opbrengstcapaciteit, ziekteresistenties en productkwaliteit.

Gebruik van AI

De laatste jaren gebruiken de specialisten van KeyGene vaker kunstmatige intelligentie (AI) bij de ontwikkeling van nieuwe technologieën. Dat begon volgens Van Ham in 2016 met het gebruik van AI voor beeldanalyses. Een voorbeeld daarvan is de digitale detectie van witte vliegen op groentegewassen. Onderzoeker Pauline van Haperen legt uit dat een algoritme op foto's eitjes, larven en volwassen vliegen herkent. 'Dit levert een enorme tijdsbesparing op ten opzichte van visuele monitoring en biedt de mogelijkheid om snel te checken of selecties wel of niet gevoelig zijn voor in dit geval witte vlieg.'

Een stap verder is gebruik van AI voor het schrijven van een gewenste DNA-structuur. Van Ham vertelt dat zoiets als een recept te gebruiken is om veranderingen aan te brengen. 'Het idee is om een soort BreedGPT te ontwikkelen waarbij we alle stappen in het veredelingsproces ondersteunen met AI. Het helpt bijvoorbeeld bij de keuze voor de kruisingsouders en bij keuzes voor selectiecriteria en eventueel bij suggesties voor nieuwe veredelingsroutes. Het doel blijft altijd een sneller en efficiënter veredelingsproces.'