Compleet referentiegenoom rogge onthult diversiteit voor tarweveredeling

Rogge staat in de schaduw van tarwe en gerst, maar is voor de plantenveredeling minstens zo belangrijk. Het gewas deelt een lange evolutionaire geschiedenis met zijn twee beroemdere familieleden, die zo'n 10.000 jaar geleden in het Midden-Oosten werden gedomesticeerd. Rogge begon zijn carrière echter als akkeronkruid en werd pas 5.000 tot 6.000 jaar geleden een volwaardig gewas. In de middeleeuwen groeide het uit tot het belangrijkste broodgraan van Noord-Europa. Wetenschappelijk gezien is rogge een lastig gewas: het genoom is groter dan dat van de mens en bestaat voor bijna 90 procent uit zich herhalende DNA-stukken. Eerdere referentiegenomen, waaronder een versie die het IPK in 2021 publiceerde, bevatten daardoor gaten, verkeerd samengevoegde stukken en onvolledige centromeren.

Doorbraak bij de centromeren

Voor het nieuwe onderzoek gebruikte het team de nieuwste sequencingtechnieken om de referentielijn Lo7 in kaart te brengen. Met langeread-sequencing worden lange stukken DNA in één keer afgelezen, waardoor lastige, sterk herhalende regio's toch correct in elkaar gepuzzeld kunnen worden. Dat leverde voor het eerst een complete beschrijving op van alle zeven centromeren van rogge: de plekken op een chromosoom die cruciaal zijn voor een correcte celdeling. Eerdere versies van het genoom konden deze gebieden niet goed ontrafelen omdat ze uit identieke, direct herhaalde DNA-stukken bestaan. Opvallend is dat de onderzoekers ontdekten dat mobiele DNA-elementen, transposons genoemd, tot recent nog actief waren in de centromeren van rogge. Dat wijst erop dat centromeren zich bij verwante graangewassen op verschillende manieren kunnen ontwikkelen.

Verborgen potentieel voor tarweveredeling

Voor de landbouw is vooral de korte arm van roggechromosoom 1, bekend als 1RS, interessant. Dit stukje DNA is al decennia via kruising in tarwerassen ingebouwd en levert eigenschappen op als resistentie tegen roest en meeldauw, betere stresstolerantie en hogere opbrengst. Uit de nieuwe data blijkt dat de 1RS-segmenten die nu in tarwe worden gebruikt onderling sterk op elkaar lijken. Vergelijk je 1RS echter tussen verschillende roggerassen, dan blijkt de variatie veel groter. Er ligt dus nog veel onbenut genetisch materiaal klaar voor introgressie in tarwe. Het IPK-team is inmiddels begonnen met het sequencen van tientallen roggegenomen om een zogeheten pangenoom op te bouwen: een verzameling die de volledige genetische variatie binnen de soort in beeld brengt. Daarmee moet de weg vrijkomen voor gerichter onderzoek naar nieuwe resistentiegenen en robuustere gewassen, zowel voor rogge zelf als voor tarwe.