‘We kunnen de winterkoubehoefte in Arabidopsis omzeilen’

Wereldwijd kijkt bijna niemand op moleculair niveau naar tulpen. Voor de Wageningse hoogleraar Richard Immink is dat een buitenkansje. ‘Je kunt de tijd nemen, want je wordt niet snel gescoopt.’

Ooit stond Richard Immink (43) nog in het veld aardappelen te telen toen hij op de hogere landbouwschool zat. Toch stal het onderzoek zijn hart en kwam de Wageninger in de moleculaire biologie terecht. Sinds vier jaar is Immink bijzonder hoogleraar fysiologie van bloembollen en gebruikt hij zijn moleculaire kennis van de zandraket om de fysiologie van bloembollen in kaart te brengen.

Bij je inaugurale rede noemde je de tulp een black box. Hoe kun je daar dan binnen afzienbare tijd concrete resultaten uithalen?

‘Daar loop ik juist nu tegenaan. Het project zou vijf jaar duren. Inmiddels zijn we zo’n vier jaar verder en promoveert mijn eerste aio bijna. Zodoende lobby ik nu
alweer om geld voor een vervolgonderzoek te krijgen. Wij keken de afgelopen periode met name naar wat er nu in die bol gebeurt. We voerden vooral veel RNA-sequencing uit om de activiteit van allerlei genen te meten. Het mooie is dat we echt veel overeenkomsten vonden die we ook in het modelorganisme Arabidopsis tegenkomen.’

Maar waar begin je?

‘Van de zandraket is enorm veel bekend en van de tulp vrijwel niets. Als je die twee naast elkaar legt, dan heb je ontzettend veel mogelijkheden. De afgelopen jaren keek ik vooral naar de bloei en hoe de tulp in bloei komt. Bij de vermeerdering tref je het probleem aan dat je behalve dat je zo veel mogelijk dochterbollen, ook qua grootte zo veel mogelijk egale bollen wilt hebben. Daarvoor hadden we heel veel aan het onderzoek in Arabidopsis.’

Maar de zandraket maakt helemaal geen bollen aan.

‘Om precies die reden kregen we inderdaad veel kritiek. Arabidopsis is een tweezaadlobbige en de tulp is eenlobbig; een totaal andere groei. Toch kun je de structuur vergelijken. Een bol is een in elkaar gedrukte plant en de zandraket heeft bijvoorbeeld wel okselknopjes die vergelijkbaar zijn met dochterbollen. Bij de zand­raket is bekend welk gen de rem op die okselknoppen zet. In de tulp keken we wat datzelfde gen doet. Het blijkt dat als de rem aanstaat de dochterbol niet uitgroeit, PAS als de rem uitstaat kan die vrij groeien.’

Hoe makkelijk zoek je naar genen? De tulp is nog steeds niet gesequenst.

‘Eigenlijk is op dit moment nog niets van het genoom bekend. In een mogelijk STW-vervolgproject, getrokken door de UvA in Amsterdam, genaamd iTULIP, wil Generade in Leiden het genoom sequensen. Tegelijkertijd willen wij naar de vermeerdering kijken. Dat wordt echter wel een uitdaging. Arabidopsis heeft een kleine 30.000 genen, ik verwacht dat het aantal van de tulp drie keer groter is. Van een groot aantal genen weten we inmiddels wanneer die actief zijn door ons RNA-sequencing­onderzoek. Op basis van die informatie gaan we uit van zo’n 100.000 genen, maar dat is een heel ruwe schatting.’

Maar hoe maak je zo makkelijk de vertaalslag van Arabidopsis naar tulp? Ze zijn toch erg verschillend?

'Voor sommige processen is dat inderdaad erg lastig, maar andere processen kun je wel uitvoeren. We vonden al enkele genen die voor 100 % correleren. Dan gaat het bijvoorbeeld om essentiële zaken zoals de bloei. RNA-sequencing is nog steeds heel duur. Klassieke genetici hadden daar tegelijkertijd ook kritiek op. Een tijdlang dachten we dat de moleculaire biologie alle vragen kon oplossen. Het idee leefde bijvoorbeeld dat wanneer we het genoom van de mens kennen, we dan ook alles weten, maar eigenlijk weten we nu nog steeds bijna niets. Dat is hier ook het geval. Ik zie RNA-sequencing vooral als een tool. Om die reden gebruik ik ook de zandraket, als je er iets van kunt leren, waarom zou je dat dan niet doen? Als je in Arabidopsis makkelijk de juiste genen kunt vinden, waarom niet?’

Toch kun je niet alles vergelijken.

‘Je kunt heel veel onderzoek doen met de zandraket, maar dat kun je inderdaad niet altijd naar de tulp vertalen. Kijk je bijvoorbeeld naar een gen dat de bloei induceert bij Arabidopsis, dan betekent dat niet dat dat gen ook de bloei induceert bij de tulp. Het liefst zou je functionele analyses in tulpen willen doen, maar dan moet je wachten tot je tulp bloeit. Voordat tulpenzaad een bol geeft die uiteindelijk bloeit, heb je vijf à zes jaar nodig, dat duurt dus te lang. We vonden heel veel associaties, waarbij we tulpengenen in een zandraket zetten of activeren. Maar voor high-impactpapers moet je het eigenlijk echt in de tulp zelf laten zien.’

Kun je die ontwikkelingstijd van zaad tot bol niet korter laten duren dan vijf jaar?

‘Op dat onderzoek zitten boeren zeker te wachten en het zou mogelijk kunnen, maar door het beperkte budget kunnen we er geen onderzoek naar doen. Wanneer je de Nederlandse tulpensector vergelijkt met de grote zaadbedrijven, dan is die sector toch maar heel erg klein. In de topsector kun je bollenonderzoek maar lastig financieren. De helft moet van de industrie komen. Voor een project met twee promovendi, mijn eigen kosten, het materiaal en alle kosten voor onder andere het sequensen ben je toch zo 7,5 ton kwijt. Dan moet ik langs tientallen boeren om het bedrag bij elkaar te sprokkelen.’

Je kijkt vooral vaak naar MADS-genen.

‘Het verschil tussen een bloem of blad laten aangroeien zit in de aansturing van de juiste genen. Ik kijk naar transcriptiefactoren en dan vooral naar transcriptionele regulatienetwerken die helemaal aan het begin staan, zogenoemde master regulators. Daarna komt nog een hele rits aan regelaars die bepalen of iets een kroon of meeldraad wordt, maar ik richt me vooral op het initiële proces. Gebleken is dat de MADS-familiegenen deze functie hebben en dat deze familie ook is te vinden in zoogdieren en bijvoorbeeld gist. Alleen is het aantal MADS-genen in planten geëxplodeerd.’

Welke omgevingsfactoren beïnvloeden de bloei?

‘Temperatuur, maar ook licht is in veel gewassen een belangrijke factor, met ledverlichting kun je tegenwoordig veel sturen. We doen nu ook chemical genomics screens. Er zijn veel gewassen die een periode van kou nodig hebben voordat ze kunnen bloeien. Kijk je bijvoorbeeld naar tarwe, dan zie je dat wintertarwe een zo’n twee keer hogere opbrengst heeft dan zomertarwe. We zoeken nu naar welke stoffen daarvoor verantwoordelijk zijn. Daarvoor moet je echter veel screenen en je wilt dan graag heel snel zien of een stof ervoor zorgt dat je plant gaat bloeien. De zandraket is dan heel handig, want die bloeit na een week of vijf à zes. Maar op moleculair niveau kun je dat al na twee weken zien. We hebben inmiddels stoffen gevonden die de winterkoubehoefte kunnen omzeilen in Arabidopsis. Met een aantal bedrijven testen we nu of die stoffen ook in gewassen werken. Welke stoffen het zijn, kan ik helaas niet vertellen en het is maar de vraag of ik dat ooit wel kan doen. Als het in die gewassen werkt, is het namelijk maar de vraag of we de resultaten kunnen publiceren of octrooieren. In deze sector is het lastig om je rechten te controleren. In je eindproduct zie je er namelijk niets anders aan. Dus vaak zie je in de plantenwereld dat kennis beschermd wordt door geheimhouding.’

Vorig jaar kreeg je samen met vier andere onderzoeksgroepen $ 1,35 miljoen voor het Human Frontier Science Program. Dat is wel een andere tak van sport.

Lacht. ‘Ja, ik zeg altijd dat je gefocust moet zijn met je onderzoek en kreeg dus al vaak de reactie: ‘Hoe kom je nu weer in dat onderzoek terecht?’ In dit project kijk ik naar de reactie van de plant op de phytoplasmabacterie. Insecten dragen die over van plant tot plant. In geïnfecteerde planten wordt de hele ontwikkeling overhoop gegooid, zodat die bacterie goed kan overleven, maar ook op zo’n manier dat die plant weer aantrekkelijker wordt voor andere insecten, die vervolgens die bacterie weer kunnen verspreiden. De phytoplasma’s brengen een klein eiwit in bij die plant. In de plant bindt dat eiwit aan MADS-transcriptiefactoren, die verantwoordelijk zijn voor bloei en orgaanvorming. Eenmaal gebonden, worden die eiwitten gemerkt en door het proteosoom afgebroken. Eigenlijk stuur je die eiwitten dus meteen naar de prullenbak. Het gevolg is dat de plant geen bloemen meer kan aanmaken en bladeren gaat maken.

‘De moleculaire biologie kan niet alle vragen oplossen’

Ik werk tevens aan TCP-transcriptiefactoren die verantwoordelijk zijn voor de groei en daarop blijken de phytoplasma-eiwitten ook invloed uit te oefenen. Die transcriptiefactoren worden ook gebonden en afgebroken met als resultaat dat je bijvoorbeeld meer vertakkingen krijgt. In het onderzoek willen we het hele proces beter leren begrijpen. Met de MADS- en TCP-eiwitten kun je
namelijk niet alles verklaren. Ik vermoed dat er nog veel meer transcriptiefactoren aan­gepakt worden, daar willen we onder andere naar gaan kijken.’

Ben je ook nog met nog andere zaken bezig?

‘Memory van temperatuur bij planten vind ik heel interessant. Ik vermoed dat je het antwoord in de epigenetica kunt vinden. Ook boeit de vraag me hoe planten temperatuur kunnen meten. Je kunt heel moeilijk gaan doen met een speciaal eiwit dat de temperatuur meet, maar eigenlijk is elk RNA-molecuul of eiwit een temperatuursensor. Elk eiwit vouwt verschillend bij hogere of lagere temperaturen. Mijn theorie is dus dat heel veel organismen geen speciaal eiwit hebben om de temperatuur te meten. Voor dit onderzoek hoop ik een Vici binnen te kunnen halen. Het is een typisch voorbeeld voor wat me interesseert in onderzoek: van een duidelijke toepassing het moleculaire mechanisme ontrafelen.’