Plantenwetenschap is de term die wordt gegeven aan een reeks van onderzoek en wetenschappelijke studies die de naar schatting 410.000 soorten landplanten op aarde onderzoeken.

Plantenwetenschap omvat ‘Botanie’ van het Griekse woord βοτάνη (botanē) dat weiland of veevoer betekent, in die zin dat het de observatie van plantengroei en -eigenschappen en onderzoek naar de relatie tussen planten en hun omgeving omvat. Maar het is ook veel, veel meer…

De enorme diversiteit van het onderzoek dat onder de overkoepelende term ‘plantenwetenschap’ valt, is goed vertegenwoordigd in het John Innes Centre.

Het laboratorium van professor Enrico Coen bestudeert bijvoorbeeld hoe kleine groepjes cellen in microscopische knoppen zichzelf omvormen tot de diverse bloem- en bladvormen die we overal om ons heen zien.

Terwijl de groep van professor Ray Dixon zich concentreert op de wijze waarop planten op moleculair niveau reageren op signalen uit de omgeving, om te trachten het proces van biologische stikstoffixatie bij bacteriën en de regulering daarvan te begrijpen.

De biochemie en het primaire metabolisme van planten, met inbegrip van de chemische stoffen en moleculen die door hen worden gemaakt, en de interactie van planten met plagen en ziekten zijn stuk voor stuk belangrijke onderzoeksterreinen.

Professor Sarah O’Connor heeft uitgebreid werk gepubliceerd over de biosynthese van complexe chemische stoffen door planten, die in het laboratorium zeer moeilijk te maken kunnen zijn. Het potentieel om planten als fabrieken te gebruiken, kan dus zeer waardevol zijn. Planten blinken immers reeds uit in het maken van complexe chemische stoffen, bijvoorbeeld de Madagaskische maagdenpalm, die vinblastine en vincristine produceert, die beide worden gebruikt als geneesmiddelen tegen kanker. Het is onmogelijk om deze moleculen in een conventioneel laboratorium te produceren, maar het zou mogelijk kunnen zijn om de kracht van planten te gebruiken om deze levensreddende geneesmiddelen in de toekomst sneller en goedkoper te produceren.

Traditioneel omvatte ‘plantkunde’ ook de studie van schimmels en algen, die beide het onderwerp blijven van onderzoek aan het John Innes Centre.

Het laboratorium van professor Barrie Wilkinson bijvoorbeeld, onderzoekt de ontdekking en biosynthese van microbiële natuurlijke produkten, met inbegrip van die welke worden geproduceerd door bacteriën en schimmels, die beide een belangrijke bron zijn van farmaceutische produkten voor de behandeling van levensbedreigende ziekten.

Aanvullend hierop werkt Dr Martin Rezjek aan een goedkope, veilige en effectieve methode om schadelijke algenbloei aan te pakken.

Plantengenetica

In de 21e eeuw werken steeds meer plantenwetenschappers aan het begrijpen van de genetica van planten.

Veel soorten hebben hun volledige genoom laten sequencen, en de gegevens zijn gedeeld en gebruikt om te begrijpen hoe de genetica van gewassen de ontwikkeling van nieuwe variëteiten mogelijk kan maken die beter bestand zijn tegen klimaatverandering of voedzamer zijn voor menselijke consumptie.

De eerste plant waarvan het volledige genoom in kaart is gebracht, was het ‘niet-zo-onheilzame onkruid’, de ‘modelplant’, Arabidopsis thaliana (tuinkers). Hiervoor werd een internationaal onderzoeksteam van meer dan 200 wetenschappers, uit 35 laboratoria, bijeengebracht. Onze eigen Professor Mike Bevan hield toezicht op de coördinatie van de sequentiebepaling van chromosoom 4.

Bij het John Innes Centre streven we naar een beter begrip van plantengenetica en -biologie en naar het benutten van de biodiversiteit van planten om de prestaties van gewassen op een duurzame manier te verbeteren,.

In 2018 konden we, in samenwerking met collega’s van het Earlham Institute, The Sainsbury Laboratory en het European Bioinformatics Institute, de meest nauwkeurige en volledige DNA-sequentieanalyses van het beruchte complexe tarwegenoom tot nu toe publiceren.

In de tussentijd heeft Dr Judith Irwin, in samenwerking met Dame Professor Caroline Dean, ons begrip van hoe planten de bloeitijd controleren en reguleren vertaald van fundamenteel onderzoek met behulp van Arabidopsis, om de controle van de bloei in de broccoliplant mogelijk te maken, en deze kennis te gebruiken om een nieuwe, snelgroeiende broccoli te ontwikkelen.

Genetische technologie

Genetische modificatie en genbewerking zijn technieken die door plantwetenschappers worden gebruikt om de kenmerken of eigenschappen van planten te veranderen door hun DNA te veranderen.

Deze technologieën kunnen de expressie van schadelijke eigenschappen afremmen of nieuwe eigenschappen introduceren die van voordeel zijn, en werken naar dezelfde doelen als traditionele plantenveredeling, maar op een meer gecontroleerde en snellere manier.

We zijn voor ons voedsel afhankelijk van planten, en dit betekent dat veranderingen in het milieu, waaronder klimaatverandering, grote gevolgen hebben voor de mensheid.

Inzicht in en behoud van de biodiversiteit van planten zijn essentieel voor de bescherming van onze voedselvoorziening en voor het behoud van iconische soorten zoals de es (Fraxinus excelsior).

Inzicht in de invloed van het milieu op planten en hun genen, en werken aan het ontwerpen van toekomstige tarwe zijn de focus van twee van de strategische programma’s bij het John Innes Centre.

Plantenwetenschap bij het John Innes Centre

Onze eigen geschiedenis in de plantenwetenschap gaat terug tot het begin van de 20e eeuw en de dood van de Londense projectontwikkelaar en filantroop John Innes (1829-1904).

Innes’ laatste wil en testament bepaalden dat het grootste deel van zijn fortuin moest worden gebruikt voor de oprichting van een school voor tuinbouwonderwijs of een plaatselijk museum en kunstgalerie.

Om over het lot van de erfenis te beslissen werd een liefdadigheidsinstelling opgericht, de John Innes Charity (nu de John Innes Foundation genoemd). Na haar oprichting voerde de Charity langdurige onderhandelingen met de Board of Agriculture, de Board of Education en de Charity Commissioners, die uiteindelijk instemden met de oprichting van een nieuw instituut.

Het John Innes Horticultural Institute zou een geavanceerde opleidingsschool voor tuiniers worden, een onderzoeksstation voor fruitveredeling en een instituut voor “tuinbouwexperimenten en onderzoek met de nadruk op plantengenetica”.

Meer dan 100 jaar later wordt het John Innes Centre internationaal erkend als een wereldleider op het gebied van genetica, microbieel onderzoek en plantenwetenschap.