Planten ontwikkelen zich van nature om te gedijen in hun omgeving, maar gewassen hebben tegenwoordig moeite om het huidige tempo van klimaatverandering bij te benen. De wereld wordt warmer en de wereldbevolking neemt toe, waardoor boeren overal ter wereld moeite hebben om aan de vraag naar voedsel te voldoen. Om deze boeren te steunen en de wereldwijde voedselzekerheid te verbeteren, hebben de IAEA en de FAO, via hun Gemeenschappelijk Centrum voor Nucleaire Technieken in Voeding en Landbouw, zaden de ruimte ingestuurd om de effecten van kosmische straling op een snellere natuurlijke, genetische aanpassing van broodnodige gewassen te onderzoeken. Hun terugkeer op aarde maakt de weg vrij voor wetenschappers om de resultaten te analyseren. De zaden van Arabidopsis en Sorghum, die op 7 november 2022 vanaf NASA’s Wallops Flight Facility in Virginia (VS) zijn gelanceerd en ongeveer vijf maanden in het internationale ruimtestation (ISS) hebben doorgebracht, zijn op 15 april om 17.05 uur uit het ISS losgelaten in het vrachtvliegtuig SpaceX CRS-27 en zijn om 22.58 uur met een parachute naar beneden gelaten voor de kust van Florida (CA, VS). Ze beginnen nu aan hun reis terug naar de laboratoria van het gezamenlijke FAO/IAEA-centrum in Seibersdorf, Oostenrijk, waar ze zullen worden gescreend en geanalyseerd op gewenste eigenschappen.
Foto: De Falcon 9 raket van SpaceX, met daarop het Dragon ruimtevaartuig, stijgt op 14 maart 2023 op van NASA Kennedy Space Center’s Launch Complex 39A in Florida, en begint aan de 27e herbevoorradingsmissie van het bedrijf naar het internationale ruimtestation. De lancering vond plaats om 20:30 uur EDT. ©NASA/Kim Shiflett
Astrobiologie
“Het project kosmische gewassen is een heel bijzonder project. Dit is wetenschap die in de niet al te verre toekomst een reëel effect kan hebben op het leven van mensen, door ons te helpen sterkere gewassen te verbouwen en meer mensen te voeden,” aldus Rafael Mariano Grossi, directeur-generaal van de IAEA. “IAEA- en FAO-wetenschappers muteren dan wel al 60 jaar zaden door middel van straling en creëren duizenden sterkere gewassen die de wereld kan gebruiken, maar dit is de eerste keer dat we experimenteren op een spannend gebied als de astrobiologie. “Nu de zaden terug op aarde zijn, kunnen we de effecten van kosmische straling, microzwaartekracht en extreme temperaturen bekijken en vergelijken met de effecten die in onze gezamenlijke laboratoria zijn geïnduceerd. Dit baanbrekende experiment kan bijdragen tot de ontwikkeling van gewassen die zich aan de klimaatverandering kunnen aanpassen en de mondiale voedselzekerheid kunnen verbeteren”, aldus directeur-generaal Qu Dongyu van de FAO. De zaden zullen een fytosanitair importproces ondergaan dat een standaardvereiste is voor het vervoer van plantaardig materiaal over de landsgrenzen heen om het risico van de introductie van nieuwe plagen te minimaliseren, voordat ze uiteindelijk in de laboratoria aankomen.
Foto: Zaden van Arabidopsis, een plant die vaak wordt gebruikt in genetische experimenten vanwege zijn unieke eigenschappen, en sorghum, een graan vol voedingsstoffen dat wordt gebruikt voor voedsel voor mensen, diervoeder en ethanol, worden binnen en buiten het internationale ruimtestation gedurende ongeveer drie maanden blootgesteld aan de omstandigheden in de ruimte, voornamelijk microzwaartekracht, een complex mengsel van kosmische straling en extreem lage temperaturen. ©NASA, Nanoracks, IAEA
Haalbaarheidsstudie
Bestraling in laboratoria gebeurt meestal in een machine met gammastralen of X-stralen, die het proces van spontane genetische variatie versnelt. Wetenschappers trachten positieve eigenschappen in bestraalde zaden te identificeren en introduceren die eigenschap in toekomstige generaties. Op die manier evolueren planten sneller met gewenste eigenschappen, waaronder resistentie tegen ziekten en tolerantie voor droogte. Het grote bereik en de zwaardere straling in de ruimte in combinatie met andere extremen zoals microzwaartekracht en temperatuur kunnen genetische veranderingen teweegbrengen die normaal gesproken niet voorkomen bij stralingsbronnen op aarde. “Dit is de eerste haalbaarheidsstudie van de FAO en de IAEA om het effect van kosmische straling, microzwaartekracht en extreme temperaturen op het genoom en de biologie van planten te bepalen, met het oog op het genereren van voldoende genetische variatie voor een betere aanpassing aan de klimaatverandering”, aldus Shoba Sivasankar, sectiehoofd Plantenveredeling en Genetica bij het Gemeenschappelijk Centrum van de FAO en de IAEA. Arabidopsis, een soort tuinkers die gemakkelijk en goedkoop te kweken is en veel zaden produceert, zal worden getest op tolerantie voor droogte, zout en hitte. Sorghum, een graansoort met veel voedingsstoffen die op dorre gronden kan groeien en bestand is tegen klimaatveranderingen, zal worden getest op gewenste kenmerken voor de bestendigheid tegen klimaatverandering. Beide zaden zullen tot de volgende generatie worden opgekweekt vóór de selectie van de eigenschappen, en met de sneller groeiende Arabidopsis zouden de eerste resultaten, afhankelijk van het tijdstip waarop zij in de laboratoria in Seibersdorf aankomen, in oktober 2023 beschikbaar kunnen zijn. In beide gewassoorten zal DNA worden geëxtraheerd en gesequeneerd om de veranderingen te vergelijken tussen de zaden die in een laboratorium werden bestraald, de zaden die in het ISS werden geplaatst en de zaden die buiten het ISS werden geplaatst en volledig werden blootgesteld aan kosmische straling, microzwaartekracht en extreme temperaturen. Deze vergelijkingen zullen, samen met de vergelijkende analyse van de plantenbiologie, helpen begrijpen of de barre ruimteomstandigheden een uniek waardevol effect hebben voor de verbetering van gewassen en mogelijk ten goede kunnen komen aan de mensen op aarde.
Foto: Artist’s concept van het internationale ruimtestation (ISS) Alpha uitgeklapt en operationeel. Deze afbeelding bevat ook de koppelprocedures voor de Space Shuttle (getoond met geopende laadruimte). Het ISS is een multidisciplinair laboratorium, technologische proefopstelling en observatorium dat een ongekende onderneming zal zijn in wetenschappelijke, technologische en internationale experimenten. ©NASA
Achtergrond FAO/IAEA
Het Joint FAO/IAEA Centre, gevestigd in Wenen, Oostenrijk, versnelt al bijna 60 jaar het onderzoek naar plantenveredeling met behulp van straling om nieuwe landbouwgewassen te ontwikkelen. In de geschiedenis van de plantenlandbouw zijn natuurlijke selectie of evolutieveredeling, ook wel mutatieveredeling genoemd, de drijvende krachten geweest achter de domesticatie van gewassen en plantenveredeling. Zij zijn verantwoordelijk voor de genetische aanpassing van planten aan hun veranderende omgeving en leiden tot de verbetering van gewassen. Tot dusver zijn meer dan 3.400 nieuwe variëteiten van meer dan 210 plantensoorten ontwikkeld met behulp van door straling geïnduceerde genetische variatie en mutatieveredeling – waaronder talrijke voedingsgewassen, siergewassen en bomen die door landbouwers in 70 landen worden gebruikt.