211service.com
Maïs die zichzelf kloont
Een uur buiten Mexico-Stad slaat de taxi de hoofdweg af en het lawaai en de drukte van de snelweg verdwijnen. Voorbij een stalen poort en een wit wachthuisje komen we op het goed onderhouden terrein van het International Centre for the Improvement of Maize and Wheat, bekend onder het Spaanse acroniem CIMMYT (spreek uit: SIM-it). Het is een boerderij die zich voordoet als een kleine Verenigde Naties. Een reeks vlaggen brengt hulde aan de landen die het werk van de organisatie financieren: betere gewassen creëren voor de arme boeren in ontwikkelingslanden.
Verderop staat een rij witte borden, elk voor een klein vierkant perceel waar harige tarwekoppen in de wind wuiven. Dit is de Walk of Fame van de landbouw; op die borden staan de namen van tarwevariëteiten die vier decennia geleden uit de broedgebieden van CIMMYT voortkwamen: Sonora, Yaqui, Kauz, Sujata, Sonalika en anderen. Deze variëteiten, die ziektebestendig zijn en ongekende opbrengsten produceren, veroverden Azië en verdrongen traditionele tarwevariëteiten en oudere landbouwmethoden. De sterren van de Groene Revolutie, de nieuwe variëteiten ontketenden een fenomenale stijging van de graanproductie waardoor China en India zichzelf konden voeden. De impact van de nieuwe granen was inderdaad zo groot dat ze Norman Borlaug, de oorspronkelijke directeur van het tarweprogramma van CIMMYT, in 1970 de Nobelprijs voor de Vrede verdienden.
Maar wacht. Moet dit niet het International Centre for the Improvement of Mais and Tarwe zijn? Maïs, zoals het grootste deel van de wereld maïs noemt, is na rijst het meest verbouwde gewas; het is een opmerkelijk efficiënte fabriek om zonlicht, bodem en water om te zetten in voedsel voor mens en dier. Binnen de komende jaren zal maïs naar verwachting de rijst passeren en de eerste plaats innemen. Dus waar is de maïs? Waarom ontbreekt het op de Walk of Fame?
Zoals iedereen die door het Midwesten is gereden kan bevestigen, bestaan er zeker superieure maïsvariëteiten. Maar de robuuste planten met een hoge opbrengst die het platteland van Iowa bedekken, liggen buiten het bereik van de meerderheid van de arme en zelfvoorzienende boeren in de wereld - de mensen die CIMMYT is opgericht om te helpen. Het probleem is dat als boeren die topvariëteiten willen planten - over het algemeen hybriden met een hoog octaangehalte die zaadbedrijven creëren door twee duidelijk verschillende ingeteelde lijnen te kruisen - ze elk jaar nieuw zaad moeten kopen. Arme boeren kunnen dat simpelweg niet betalen.
De jaarlijkse behoefte aan vers zaad is gedeeltelijk een gevolg van de biologische dwang van maïs om vrij en zonder onderscheid te paren. Tarwe beoefent, net als rijst, de veilige seks van zelfseks. Elke bloem bestuift zichzelf en produceert dochterplanten die bijna exacte kopieën zijn van hun ouders - dat is tenminste het geval met raszuivere tarwevariëteiten zoals die van CIMMYT. Als gevolg hiervan kunnen boeren een deel van de jaarlijkse oogst gebruiken voor zaad en kunnen variëteiten gemakkelijk worden gedeeld van veld naar veld, van de ene boer naar de andere.
Maïs daarentegen is de meest promiscue van alle planten. Zijn kwastjes - de mannelijke genitaliën - verspreiden miljoenen stuifmeelkorrels in de wind, waardoor willekeurig nabijgelegen korenaren, de vrouwelijke genitaliën, worden bevrucht. Het nageslacht van een plant kan dus enorm variëren, afhankelijk van welk stuifmeel de buurt binnenkwam. Dus hoe zorgvuldig de veredelaars van CIMMYT verbeterde maïsvariëteiten construeren, de genetische identiteit van die lijnen breekt snel af wanneer ze worden vrijgegeven in de genetische smeltkroes van de velden van boeren. De nieuwe eigenschappen - hogere opbrengst, bestand tegen droogte, weerstand tegen ziekten - hebben de neiging om te verdwijnen en zelfs te verdwijnen.
Het variabiliteitsprobleem is zelfs nog groter met de hybride variëteiten die zaadbedrijven prefereren. Voor maïs en zelfs voor zelfbestuivende planten lijken de nakomelingen van een hybride in niets op het origineel.
Kon maïs zich maar voortplanten door bestuiving helemaal over te slaan en zichzelf te klonen. Het idee is niet zo vergezocht als men zou denken. Een paar planten doen dit van nature en creëren zaden zonder seks in een proces dat apomixis wordt genoemd. Paardebloemen planten zich voort via apomixis; net als ongeveer 400 andere plantensoorten, waaronder ten minste één wilde verwant van maïs. Dus waarom geen maïs? Als iemand een knop zou kunnen omdraaien en maïs apomictisch zou maken, zou CIMMYT eindelijk in staat kunnen zijn om zeer productieve, winterharde soorten te maken die arme boeren kunnen delen met hun buren en jaar na jaar opnieuw kunnen planten van hun eigen oogst.
Richard Jefferson, oprichter van het Centre for the Application of Molecular Biology to International Agriculture in Canberra, Australië, zegt dat de implicaties van apomixis veel verder gaan dan maïs. Het potentieel van zelf-klonende planten, zegt hij, is zo diepgaand en subversief dat plantenveredelaars, over het algemeen een voorzichtig en ingetogen stel, nooit zouden toegeven erover te dromen, tenzij je ze eerst dronken had.
Naast het binnen het bereik van zelfs de armste boer brengen van hybride en andere superieure maïsvariëteiten, zou apomixis het wijdverbreide gebruik van hybride rijst met een hoge opbrengst mogelijk maken, planten waarvan de zaden momenteel duur zijn en moeilijk in grote hoeveelheden te produceren. En apomixis zou kunnen helpen bij het elimineren van ziekten van cassave, een Afrikaans hoofdgewas dat wordt gekweekt door stukjes knollen van ouderplanten te herplanten, waarvan sommige ziekten met zich meebrengen.
Na meer dan tien jaar werk, richten onderzoekers van CIMMYT en een handvol andere laboratoria over de hele wereld zich eindelijk op apomixis. Met behulp van nieuwe genomische informatie en hulpmiddelen, tweaken ze de genen die de reproductie van planten regelen, in de hoop het zelfkloningsproces in maïs en andere belangrijke gewassen te dupliceren. Als ze erin slagen - en ze lijken er zeker van te zijn dat ze uiteindelijk, misschien in nog een decennium, zullen apomixis de deur openen naar een revolutie in de wereldvoedselproductie, zegt Wayne Hanna, een geneticus bij het Amerikaanse ministerie van landbouw in Tifton, GA.
Dat lijkt misschien een technologisch doel waar maar weinigen ruzie over kunnen hebben. Toch is er onzekerheid of apomixis ooit op de velden van boeren zal worden toegestaan. Twee tegengestelde krachten zouden onwaarschijnlijke bondgenoten kunnen zijn in een poging om het te blokkeren: politieke oppositie tegen genetische manipulatie en de financiële overwegingen van landbouwbedrijven die tot de belangrijkste sponsors van apomixis-onderzoek behoren.
Een paar jongens waren jarenlang gek op apomixis, zegt Daniel Grimanelli, een jonge wetenschapper die al een grijze veteraan van het veld is. Grimanelli is gevestigd op een terras buiten het Applied Biotechnology Center van CIMMYT en neemt halverwege de ochtend een pauze van de wetenschap. Te oordelen naar zijn driedaagse stoppelbaard, zonnebril, sigaret en gescheurde jas, zou Grimanelli net zo aannemelijk uit een serieuze buiging zijn gekomen. Dankzij een gezamenlijke benoeming bij CIMMYT en het Institut de Recherche pour le Dveloppement in Montpellier, Frankrijk, werd de Fransman tien jaar geleden overgeplaatst naar Mexico, maar hij spreekt welsprekend en krachtig Engels.
In de jaren zeventig en het begin van de jaren tachtig, vervolgt Grimanelli, waren er in wezen vier jongens: Yves Savidan in Frankrijk, Wayne Hanna in Georgië, Victor Sokolov in Rusland en Gian Nogler in Zwitserland. Apomixis was in die tijd een botanische curiositeit, meer niet. Hanna herinnert zich dat ze het tegenkwam in de vorm van een paar vreemd uitziende sorghumplanten in een kas in Texas; Sokolov, ver weg in de Siberische stad Novosibirsk, wijdde zijn werk aan gammagras, een familielid van maïs; en Savidan, die toen in Ivoorkust werkte, kreeg een selectie wilde West-Afrikaanse grassen aangereikt.
Al deze planten houden zich bezig met een vreemde vorm van voortplanting. Hun eierstokken produceren zelf nieuwe embryo's, als klonen van de moederplant. Toch hebben een paar van deze planten ook seks. Dus de oudere staatslieden van apomixis bestudeerden de patronen waarmee deze specifieke genetische eigenschap wordt geërfd wanneer apomictische planten paren met hun niet-apomictische verwanten. Uiteindelijk ontdekten we dat de eigenschap zich gedroeg als een enkel dominant gen, zegt Savidan, die nu de internationale partnerschappen leidt van Agropolis, een door de overheid gefinancierd onderzoeksconsortium in Montpellier. Het was een verbazingwekkende conclusie, en volgens Grimanelli leidde het tot een gedurfd idee: als het zo simpel is, waarom zou je het dan niet in gewassen stoppen? Waarom kruist u maïs niet met een apomictisch familielid? Eenvoudig!
Makkelijk, zegt Grimanelli’s collega Olivier Leblanc streng.
Grimanelli en Leblanc vormen een link tussen de vroege generatie van apomixis-onderzoekers zoals Savidan, die traditionele plantenveredeling gebruikte, en een nieuwe golf onderzoekers die moleculaire markers, genomische gegevens en genetische manipulatie gebruiken. Savidan verplaatste zijn onderzoek naar apomixis naar
CIMMYT eind jaren tachtig en Leblanc en Grimanelli voegden zich een paar jaar later bij hem. Het leek de perfecte plek. Om te beginnen bevatte de klimaatgecontroleerde kluis van CIMMYT vol zaadmonsters een schat aan zaden van gammagras, een struikachtige plant die het nauwste apomictische familielid van maïs is. Belangrijker is dat de missie van CIMMYT om de gewassen voor boeren in ontwikkelingslanden te verbeteren perfect aansluit bij de potentiële voordelen van apomixis.
Maar een decennium van traditionele plantenveredeling leverde alleen maar frustratie op. De onderzoekers probeerden gammagras en maïs te kruisen. Ze produceerden 300.000 hybride planten, creaties met vreemde combinaties van kenmerken van beide planten. Ze probeerden die hybride planten terug te kruisen met gewone maïs, in de hoop dat elke generatie hen dichter bij een apomictische versie van maïs zou brengen. Het was onvermijdelijk dat ergens op de lange weg naar maïs de apomixis verdween.
Crazy corn: CIMMYT kruiste maïs met gammagras, waardoor een groot aantal vreemd uitziende planten ontstond. Gammagras staat in het midden ( zie ook bovenste afbeelding ).
Maar net toen de oude benadering stierf, werd een nieuwe geboren. In 1999 tekende CIMMYT een overeenkomst met een Frans zaadbedrijf, Limagrain; een divisie van de Zwitserse farmaceutische gigant Novartis die sindsdien Syngenta is geworden; en 's werelds grootste zaadbedrijf, Pioneer Hi-Bred. De overeenkomst gaf het centrum financiering en toegang tot particuliere maïs-genoomdatabases. De nieuwe tools zijn zo krachtig geworden, zegt Grimanelli. Je kunt genen klonen, genen wijzigen, genen tot expressie brengen. Hij en Leblanc begonnen aan een zoektocht naar apomixis-genen, waarbij ze de secties van DNA doorzochten die aanwezig waren in de apomictische vorm van gammagras, maar niet in de seksuele versie. Ze volgden die genen tot een groot stuk DNA, ongeveer een derde van een chromosoom, dat altijd aanwezig is in de apomictische vorm van gammagras. Om de specifieke genen in dit enorme DNA-veld te vinden, gooien de onderzoekers transposons - kleine stukjes DNA die zichzelf willekeurig in chromosomen invoegen - naar dat DNA-blok. Ze hopen dat de transposons zichzelf zullen inbrengen in genen die belangrijk zijn voor apomixis, waardoor het proces wordt verstoord. Als dat gebeurt, moeten de onderzoekers het transposon kunnen lokaliseren en daarmee het cruciale gen - dat ze vervolgens in maïs zouden kunnen inbrengen. Maar de CIMMYT-onderzoekers staan niet alleen in hun zoektocht naar de genetische sleutels tot apomixis. Een horde andere onderzoekers, sommigen van hen gesponsord door kleine biotech-startups, hebben zich bij de jacht aangesloten. Concurrerende projecten zijn ontsproten in Duitsland, Zwitserland, Australië, het Verenigd Koninkrijk, Frankrijk, Mexico, Californië, Texas en Utah. De meeste nieuwkomers hopen niet om apomixis-genen van de ene soort naar de andere over te dragen, bijvoorbeeld van gammagras naar maïs. In plaats daarvan sleutelen ze aan de timing van de eigen genen van planten om ze te verleiden tot reproductie zonder bemesting. De onderzoekers werken de details van deze synthetische apomixis uit door experimenten met hun favoriete laboratoriumrat, een kleine mosterdplant genaamd Arabidopsis thaliana . De CIMMYT-onderzoekers, wiens inspanning ook sterk zal afhangen van genomics-gegevens van bekendere planten zoals Arabidopsis , zeg maar de sprong van Arabidopsis naar maïs is waarschijnlijk moeilijker dan veel onderzoekers verwachten. Maar toch, zeggen ze, het zal gebeuren. De ongelooflijke dynamiek van zoveel mensen die hieraan werken, zegt Grimanelli, zal niet worden ontkend.
De sprong van laboratorium naar veld lijkt tegenwoordig echter even ontmoedigend. Een apomictische maïsplant zal een genetisch gemodificeerd organisme zijn, en in een groot deel van de wereld zijn dergelijke organismen niet welkom. De autoriteiten van de Europese Unie hebben de aanplant of invoer van nieuwe genetisch gemanipuleerde gewassen sinds 1998 niet goedgekeurd. Ondanks wijdverbreide honger heeft Zambia onlangs de Amerikaanse voedselhulp afgewezen omdat de zendingen genetisch gemanipuleerde maïs bevatten. En de afgelopen vier jaar heeft Mexico CIMMYT niet toegestaan om genetisch gemanipuleerde maïs buiten een kas te testen. Inderdaad, als tegenstanders van genetische manipulatie hun zin krijgen, zal er nooit genetisch gemanipuleerde maïs op Mexicaanse bodem groeien.
Mexico is het voorouderlijk thuisland van maïs, de plaats waar oude volkeren dit gewas voor het eerst gedomesticeerd hebben. Het is ook 's werelds unieke opslagplaats van de genetische diversiteit van maïs: Mexicaanse boeren behouden een verbazingwekkend aantal maïsvariëteiten. Aangepast aan een enorm scala aan klimaten, wordt de maïs van Mexico geleverd met korrels in zwart, wit en elke kleur daartussenin.
Dus toen wetenschappers anderhalf jaar geleden meldden dat ze sporen van genetisch gemanipuleerde maïs hadden gevonden in afgelegen maïsvelden in het zuiden van Mexico, was dat vooral verontrustend voor degenen die zich zorgen maakten over de genetische diversiteit van deze unieke hulpbron. Hoewel de bevindingen van het onderzoek fel zijn betwist door andere onderzoekers, geloven sommige milieuactivisten dat het een ramp van ongekende proporties aan het licht heeft gebracht. Het Meso-Amerikaanse centrum van agrarische biodiversiteit is besmet met GM [genetisch gemodificeerde] maïs, kondigde de ETC Group aan, een activistische organisatie gevestigd in Winnipeg, Canada. Greenpeace verklaarde dat deze onverantwoorde besmetting de hele genetische structuur van de maïspopulaties in gevaar brengt.
Het beeld van gemanipuleerde planten die een biologische bron vergiftigen is krachtig maar misleidend, zegt Mauricio Bellon, een menselijke ecoloog van CIMMYT die onderzoek heeft gedaan naar het onderhoud van Mexicaanse boeren van hun traditionele variëteiten, of landrassen: Mensen denken dat landrassen zijn als fragiele vazen in een museum, maar dat is niet het geval. Landrassen zijn niet puur en niet statisch, zegt Bellon. Hij ontdekte dat Mexicaanse boeren voortdurend nieuw zaad binnenhalen van buren en zelfs van verre dorpen om hun velden aan te vullen en, zo hopen ze, te versterken. Het lijkt een beetje op het schudden van kaarten van een nieuw kaartspel om de kans op een winnende hand te vergroten. De goede kaarten - de superieure genetische eigenschappen - maken een kans om in het spel te blijven. Boeren proberen ze te kiezen om het volgende jaar opnieuw te planten, en ze gooien de slechte kaarten weg.
Er is geen duidelijke reden waarom genetisch gemanipuleerde gewassen de genetische diversiteit van Mexico zouden moeten verdringen of vernietigen, zegt Bellon. De nieuwe genen zouden deel gaan uitmaken van de mix, en ze zouden alleen blijven bestaan als boeren de resultaten leuk zouden vinden. Maar hij haast zich om toe te voegen dat genetisch gemanipuleerde maïs in Mexico andere risico's met zich meebrengt die zorgvuldig moeten worden overwogen.
Inderdaad, bijna iedereen die de golf van oppositie tegen genetisch gemanipuleerde gewassen heeft onderzocht - in Mexico en elders - heeft een groot aantal motivaties ontdekt. Bezorgdheid over de integriteit van de natuur en de veiligheid van voedsel gaat gepaard met vijandigheid jegens de bedrijven die deze technologie op de markt hebben gebracht. Mexico heeft bijvoorbeeld een moratorium ingesteld op het planten van alle genetisch gemanipuleerde maïs, niet toen CIMMYT zijn eerste veldproeven uitvoerde, maar toen het in St. Louis gevestigde Monsanto en andere bedrijven begonnen te lobbyen voor goedkeuring om hun genetisch gemanipuleerde gewassen aan Mexicaanse boeren te verkopen.
Antipathie jegens biotechnologie komt men tegen, in feite ook binnen CIMMYT. CIMMYT's knapperige plantenveredelaars doen het biotech-programma van hun organisatie soms af als een boondoggle, een dure rage die miljoenen dollars heeft verspild zonder tot nu toe een enkel nuttig product aan boeren te leveren. Velen hebben een hekel aan de deals - vergezeld van vertrouwelijkheidsclausules en overeenkomsten om intellectueel eigendom te beschermen - de biotechnologen van CIMMYT hebben met bedrijven geslagen. Het centrum zou alleen verantwoording moeten afleggen aan 's werelds armste boeren, zeggen deze critici, niet aan multinationale biotechnologie-imperiums. Op dit punt - waar de humanitaire missie van CIMMYT de doelen van een privéonderneming ontmoet - krijgt het verhaal van apomixis zijn laatste ironische wending. Want volgens sommige waarnemers zijn de zakelijke vrienden van apomixis ook de ergste vijanden.
De reden is simpel: zaadbedrijven hebben een financiële prikkel om zelfklonende maïs uit de handen van boeren te houden, omdat apomixis een natuurlijk soort kopieerbeveiliging verbreekt. Zaadbedrijven verkopen voornamelijk hybriden, niet alleen omdat ze meer opleveren, maar ook omdat de verschillen tussen hybride maïs en zijn nakomelingen meer uitgesproken zijn dan bij inteeltlijnen. Die verschillen drijven boeren elk jaar terug naar de dealer voor verse aanvoer van zaad. Apomictische hybriden daarentegen zouden zichzelf exact kunnen reproduceren - en dat zou slecht zijn voor de zaken.
Het is dan ook geen verrassing dat veel waarnemers geloven dat de bedrijven die het onderzoek van CIMMYT sponsoren, apomixis voornamelijk willen gebruiken als een intern hulpmiddel om het gecompliceerde proces van het kweken van hybriden en het produceren van zaad te versnellen. Alvorens zaad aan boeren te verkopen, konden de bedrijven het vermogen tot zelfklonen uitschakelen. De gedachte in de zaadbusiness is dat apomixis nuttiger zou zijn als je het zou kunnen uitschakelen, zegt Anthony Cavalieri, vice-president van trait and technology development bij Pioneer Hi-Bred. Uiteindelijk kunnen de bedrijfssponsors van CIMMYT de eersteklas apomictische hybriden van CIMMYT als concurrentie beschouwen. Als de sector met winstoogmerk apomixis als een instrument controleert, zal het niet willen dat het door de publieke sector wordt gebruikt om zelfreplicerende hybriden te maken, zegt Gary Toenniessen, die de programma's van de Rockefeller Foundation in de wereldwijde landbouw beheert. En elk bedrijf dat patenten heeft op een essentieel stuk apomixis-technologie zou het gebruik ervan kunnen blokkeren, tenminste totdat het patent is verlopen.
In 1998 hielp Jefferson van het Australische Centre for the Application of Molecular Biology to International Agriculture meer dan 20 vooraanstaande apomixis-onderzoekers van over de hele wereld ertoe te bewegen zich uit te spreken tegen de controle van het bedrijfsleven over het onderzoek. De zogenaamde Apomixis-verklaring verklaarde: We zijn diep bezorgd dat de huidige trend naar consolidering van het eigendom van plantenbiotechnologie in een paar handen de toegang tot betaalbare apomixis-technologie ernstig kan beperken. Helaas, zegt Jefferson, zijn wetenschappers onvoorstelbaar sletterig. Veel onderzoekers van apomixis hebben zich sindsdien aangemeld bij particuliere bedrijven.
De wetenschappers van CIMMYT houden vol dat er geen probleem is. Ze beweren dat hun bedrijfssponsors ermee hebben ingestemd dat het centrum apomictische maïs mag distribueren aan arme boeren in ontwikkelingslanden. Het is volkomen duidelijk, zegt Olivier Leblanc. Voor CIMMYT-klanten is er volledige vrijheid. Maar zelfs Yves Savidan, de architect van CIMMYT's apomixis-samenwerking met de industrie, is sceptisch geworden. Als je niet alles onder controle hebt, heb je nergens controle over, zegt hij.
Zelfs voordat de eerste apomictische zelfklonerende maïszaden klaar zijn om te worden gezaaid, doemt het vooruitzicht op dat politieke debatten en bedrijfsbelangen de grond zullen vergiftigen. En dat zou niet alleen een smet zijn op de toekomst van arme boeren, maar ook op de reputatie van de landbouwbiotechnologie - een terrein dat al wordt achtervolgd door beschuldigingen dat de wetenschap niet genoeg heeft gedaan voor het welzijn van de mens.
Het produceren van biotechgewassen die de armen voeden en het leven van boeren in ontwikkelingslanden verbeteren, zou dergelijke beschuldigingen overtuigend weerleggen. David Hoisington, directeur van het biotechnologieprogramma van CIMMYT, gelooft dat dergelijke gewassen op komst zijn. CIMMYT's eerste genetisch gemanipuleerde maïs, een niet-apomictische variëteit die de stengelboorderworm afstoot, is klaar voor veldtesten. Over nog een decennium of zo zouden percelen van apomictische maïs een nieuwe vermelding in de CIMMYT Walk of Fame kunnen markeren. De technologie is zo'n krachtig hulpmiddel om problemen op te lossen, zegt Hoisington, dat het geaccepteerd moet worden.