Plantenveredeling 3: Kruisingen

In dit derde deel van onze blogserie over plantenveredeling zoomen we in op het kruisen van verschillende planten. Kruisingen worden in de landbouw, tuinbouw en veeteelt al eeuwen toegepast om steeds betere individuen te kweken (planten) of te fokken (dieren). Maar hoe werkt dat kruisen precies, en wat is de theorie erachter? Je leest het hier.

Wat zijn kruisingen?

In het eerste deel van deze serie hebben we gezien wat plantenverdeling precies is, en voor welke doeleinden het wordt toegepast. Kort opgesomd zijn deze doelstellingen:

• Grotere opbrengst
• Betere smaak
• Mooiere uiterlijke kenmerken (kleur, formaat, bladvorm, etc.)
• Hogere voedingswaarde (of een sterker effect bij cannabis)
• Sterkere planten met betere resistentie tegen ziekte en weersinvloeden

Dat veredelen gebeurt al eeuwen, en eigenlijk al sinds onze verre voorouders van jager-verzamelaars veranderden in sedentaire boeren, die hun eigen voedsel en dat van anderen gingen kweken. Zo begon een eeuwenlange race richting steeds betere, lekkerdere en sterkere gewassen om de groeiende wereldbevolking mee te voeden.

In het tweede deel van de serie gingen we in op DNA, de genetische code waarmee alle eigenschappen van een plant of dier worden beschreven. We zagen hoe elke cel het opgeslagen DNA kan kopiëren, en zo de gecodeerde eigenschappen kan overdragen op nieuwe cellen. Zo werkt erfelijkheid op celniveau.

Waarom Kruisingen?

Kwekers maken slim gebruik van die erfelijkheid bij veredeling, door de individuen en de eigenschappen te selecteren die ze het meest geschikt vinden. De mooiste, grootste, lekkerste planten worden vervolgens gekruist met andere top-individuen, zodat de eigenschappen van beide ouders nog sterker naar voren komen in de volgende generatie.

Kruisingen komen in de natuur overal voor. Kruisingen zijn de motor achter de enorme diversiteit aan soorten, rassen, strains en individuen op aarde: dat geldt voor cannabis net zo goed als voor koeien of spruitjes. Plantenveredeling, en dus ook kruisingen, zijn eeuwenoude tradities die eigenlijk per toeval zijn ontdekt. Toch is er één wetenschapper die nog steeds wordt gezien als de vader van de erfelijkheid.

De Oostenrijkse monnik Gregor Mendel (1822 – 1864) voerde jarenlang experimenten met erwtenplanten uit – letterlijk monnikenwerk – om uit te vogelen hoe die erfelijkheid bij kruisingen nou precies werkt. Let op: dit deed hij lang voordat iemand ook maar op het idee kwam dat er DNA, genen en erfelijke codes zouden bestaan.

Mendel, Kruisingen En Erwten

Mendel ging rond 1850 in zijn klooster aan de slag met zijn beroemde erwtenplanten. Hij was niet per se gefascineerd door erwten, maar meer door erfelijkheid in het algemeen. Hoe is het toch mogelijk dat twee ouderplanten, ouderdieren, of menselijke ouders steeds nakomelingen krijgen waarin je de eigenschappen van die ouders terug ziet? En waarom gebeurt dat in steeds andere combinaties en verhoudingen?

Als je niet weet dat er zoiets bestaat als genetica (die was nog niet ontdekt) is dat best een belangrijke vraag. De mensheid was immers al duizenden jaren bezig met kruisingen en veredeling, maar eigenlijk dus zonder precies te weten wat we deden.

De erwtjes die hij gebruikte waren een slimme zet. Deze soort plant zich lekker snel voort, waardoor het experiment mooi doorloopt, en een erwtenplant heeft duidelijke eigenschappen om te observeren terwijl je de ene ouder met de ander kruist om te zien wat er gebeurt.

Mendel begon heel eenvoudig, door op één eigenschap van de plant te letten en te kijken hoe die eigenschap terugkwam in de volgende generaties. Toen hij dat beter begreep breidde hij het onderzoek uit, en ging hij op twee eigenschappen tegelijk letten. Zo werd zijn onderzoek steeds complexer, en begon hij patronen te zien in de resultaten.

De Principes Van Mendel

Voordat Mendel zijn werk publiceerde dachten wetenschappers dat erfelijkheid een kwestie van mengen was. Als je bijvoorbeeld een erwtenplant met gele erwten kruist met een plant met groene erwten, dan zul je in de volgende generatie lichtgroene of groengele erwten krijgen. Dat klinkt logisch, maar Mendel zag al snel dat het zo niet werkt.

Het Uniformiteitsprincipe

Als hij een groene en een gele erwt kruiste zag hij steeds alleen groene en gele nakomelingen, geen mengvormen dus. Het viel hem wel op dat hij steeds ongeveer dezelfde aantallen groene en gele exemplaren terug zag komen.  Maar intussen was Mendel gestuit op de eerste wet van de erfelijkheid: het principe van de uniformiteit.

Het uniformiteitsprincipe houdt in dat nakomelingen van twee verschillende ouders er bij kruisingen altijd hetzelfde uitzien (groen of geel dus, niet groengeel).

Generaties: P1, F1 & F2

Mendel ging verder met experimenteren, maar nu ging hij meerdere eigenschappen tegelijk bekijken tijdens de kruisingen. Hij lette bijvoorbeeld op kleur (geel/ groen) maar ook op peulvorm (glad/ gerimpeld). Daarbij viel het hem op dat de eigenschappen steeds in dezelfde verhoudingen terugkwamen in volgende generaties. Hij was een nieuw principe van de erfelijkheid op het spoor.

De ouderplanten uit de eerste generatie noemde hij ‘P1’ (met de P van Parentes, Latijn voor ‘ouders’). De nakomelingen uit deze kruisingen noemde hij ‘F1’ (F staat voor Filias, letterlijk ‘zoon’). Als hij met de F1 generatie weer nieuwe kruisingen maakte werd de volgende generatie F2, enzovoort. Op die manier kun je altijd terugvinden uit welke generatie je kruisingen komen, of het nou om wietzaadjes gaat of om erwtenplanten.

Het Segregatieprincipe

Het tweede principe dat Mendel ontdekte is het segregatieprincipe. Onze eigenwijze monnik geloofde zoals we al aangaven niet in het ‘mengen’ van eigenschappen. In plaats daarvan dacht hij dat elke ouderplant eigen specifieke ‘elementen’ bijdroeg aan de kruisingen. Die elementen, die we na de ontdekking van de genetica ‘allelen’ gingen noemen, werden soms ook vanuit de P1 generatie doorgegeven aan de F1, zonder dat je ze kon zien in de vorm van de plant. In de F2 generatie kwamen die eigenschappen vervolgens wel weer naar voren in het uiterlijk. Dat uiterlijk, ofwel de uitkomst van het genotype en de invloed van de omgeving, noemen we het fenotype.

Fenotype = Genotype x Omgeving

Dominante En Recessieve Eigenschappen

Mendel wist deze onzichtbare overdracht van eigenschappen van P1 via F1 naar F2 te verklaren door te praten over dominante en recessieve eigenschappen. Als een ouder alleen dominante elementen of genen heeft, zal elke nakomeling ook deze genen hebben, en er dus hetzelfde uitzien. Heeft een ouder ook recessieve eigenschappen, dan ze je die pas terug bij kruisingen waarin beide ouders een recessief element (gen) doorgeven.

Mendel was zo slim om hiervoor een handige notering te bedenken: hoofdletters voor dominante trekken en kleine letters voor recessieve eigenschappen. Die letters gebruiken we ruim anderhalve eeuw later nog steeds.

Een voorbeeld. Stel dat erwtenplanten groene of gele erwten dragen, en groen is dominant. Volgens het segregatieprincipe heeft alleen een ouderplant met twee recessieve allelen (notering: aa) gele erwten. Als we een groene ouder (AA) kruisen met een gele (aa), dan kunnen de F1 planten AA zijn, Aa, of aa. A is dominant, dus de F1 wordt in gelijke verhoudingen groen (AA en Aa of aA) of geel (alleen aa). Omdat groen (A) dominant is krijgt een kwart van de nakomelingen AA, een kwart krijgt aa, en de andere twee kwarten (de helft dus) krijgt Aa (of aA, wat op hetzelfde neerkomt).

Een Aa plant ziet er groen uit en een aa geel, maar omdat groen dominant is over geel ziet ook Aa of aA er groen uit. Toch kan in de volgende F2 generatie uit twee groene ouders (Aa x aA) weer een gele plant (aa) ontstaan, als die van beide ouders de recessieve ‘kleine letter’ a allelen meekrijgt.

Hybride Kruisingen: Monohybride En Dihybride

In de erfelijkheidsleer van Mendel wordt een individu ‘hybride’ genoemd als  het zowel een recessieve ‘grote letter’ in zich draagt als een dominante ‘hoofdletter’: Aa dus. Gaat het hierbij om één eigenschap, dan noemen we dat een ‘monohybride’ kruising. Kijken we bij veredeling naar twee eigenschappen (kleur + peulvorm), dan noemen we dat ‘dihybride kruisingen’.

Mendel ging met zijn erwten steeds complexere experimenten uitvoeren. Hij had ontdekt at de verhouding van eigenschappen binnen de F1 generatie van monohybride kruisingen altijd ongeveer 1:3 is. Een kwart van de nakomelingen heeft de recessieve aa met gele erwten, terwijl de overige driekwart AA of Aa/aA heeft en dus de dominante groene erwten laat zien. Het feit dat ze altijd in deze verhouding overerven bewees de eerste twee principes van Mendel.

Het Onafhankelijkheidsprincipe

Toen Mendel eenmaal aan de slag ging met dihybride kruisingen, dus plantenveredeling op basis van twee verschillende eigenschappen, ontdekte hij een nieuwe wetmatigheid: het onafhankelijkheidsprincipe. De uitkomsten van zijn experimenten met kruisingen tussen planten die hij selecteerde op peulkleur en peulvorm, dyhibride kruisingen dus, zag hij dat de verhouding van de eigenschappen in de F1 generatie onafhankelijk van elkaar optraden. Met andere woorden: de kleur maakte niet uit voor de verhouding waarin de peulvorm voorkomt.

Met die onafhankelijkheid tussen verschillende eigenschappen, ‘elementen’, of genen leverde Mendel een belangrijke bijdrage aan het begrijpen van erfelijkheid in de gewasveredeling. Bij professionele veredeling werken kwekers namelijk vaak met hele grote aantallen planten. De kruisingen zijn meestal ook gebaseerd op meerdere eigenschappen, want de zoektocht naar de perfecte tomatenplant, erwtenplant en cannabisplant is een complexe onderneming waarbij heel veel kwaliteiten van het gewas een rol spelen.

Dankzij de experimenten van Mendel weten kwekers tegenwoordig goed wat ze kunnen verwachten bij het zoeken naar nieuwe kruisingen. Dat is maar goed ook, want de mogelijkheden nemen exponentieel toe naarmate er meer eigenschappen in het kweekprogramma meespelen.

Kruisingen Voor Growers

Deze blog bevat een heleboel theoretische achtergrondinformatie die je als goedbedoelende cannabis grower waarschijnlijk nergens tegenkomt. Toch heeft Mendel met zijn erwten en kruisingen meer bijgedragen aan de ontwikkeling van je favoriete wietzaadjes dan je misschien denkt.

Onze Mooiste Kruisingen Vind Je Hier

De enorme variatie aan strains die je tegenwoordig online kunt bestellen is allemaal ontstaan door kruisingen. Ook de gespecialiseerde cannabiskwekers selecteren de beste planten op basis van de mooiste genetische eigenschappen. Hoe ze die eigenschappen kunnen inzetten bij de kruisingen van hun eigen kweekprogramma’s heeft die goeie oude Mendel heel mooi voor ze in kaart gebracht.

Als je dus in onze strain catalogus duikt op zoek naar de beste wietzaadjes voor je volgende project, onthoud dan goed dat je nooit zulke mooie kwaliteit had kunnen bestellen zonder die eigenwijze monnik en z’n erwtenplantjes!