Plantveredeling: Situering & Algemene Aspecten
Definitie van plantveredeling:
Plantveredeling kan eenvoudig worden omschreven als het geheel van activiteiten gericht op het veranderen van
de genetische samenstelling van planten om verbeterde gewassen te ontwikkelen. Het is een wetenschappelijke
discipline die voortbouwt op de principes van (cyto-)genetica en heeft als doel de genetische configuratie van
gekweekte gewassen te verbeteren om zo gewenste fenotypische kenmerken, ofwel traits, te verkrijgen.
Doelstellingen van plantveredeling:
Het voornaamste doel van plantveredeling is de gerichte manipulatie van planten om specifieke genotypes en
fenotypes te verkrijgen. Dit gebeurt met het oog op bepaalde doeleinden, zoals het ontwikkelen van nieuwe
rassen met verbeterde of innovatieve eigenschappen. Deze rassen zijn beter geschikt voor agronomische teelt
en marktintroductie.
Kenmerken van veredeling:
De kenmerken die veredeld worden, variëren afhankelijk van het type gewas, het productiesysteem en de
marktbehoeften. Vaak wordt er gefocust op eigenschappen zoals:
• Opbrengst: Het verhogen van de kwantiteit van het gewas.
• Visuele kwaliteit: Het verbeteren van de uiterlijke eigenschappen, zoals grootte en kleur.
• Nutritionele waarde: Het verhogen van de voedingswaarde van het gewas.
• Ziekteresistentie: Het verbeteren van de weerstand tegen plantenziekten.
• Tolerantie tegen abiotische stress: Het verbeteren van de weerstand tegen omgevingsfactoren zoals
droogte of kou.
• Plantarchitectuur: Het aanpassen van de structuur van de plant om de groei en oogst te optimaliseren.
• Energie-efficiëntie: Het verminderen van de hoeveelheid energie die nodig is voor de groei en
ontwikkeling van het gewas.
Uitvoerders van plantveredeling:
• Plantveredeling kan worden uitgevoerd door verschillende partijen, waaronder:
• Overheidsinstellingen: Publieke onderzoekscentra en universiteiten.
• Private bedrijven: Commerciële veredelingsbedrijven die gericht zijn op marktinnovatie.
• Landbouwers: Participatieve veredeling waarbij landbouwers betrokken zijn bij de selectie en verbetering
van rassen.
1
,V&B: Voortplantingssystemen in planten
Seksuele reproductie
Algemene levenscyclus in planten
Reproductie is het biologische proces waarbij nieuwe plantindividuen worden gevormd, oftewel nakomelingen.
Dit proces onderscheidt zich van productie, dat verwijst naar de ontwikkeling en groei van een enkel
plantindividu. Planten kunnen zich voortplanten via twee algemene methodes: seksuele reproductie en
aseksuele reproductie.
Bij seksuele reproductie vindt het proces plaats volgens principes die sterk lijken op die bij dieren en mensen.
Het begint met meiose, ofwel reductiedeling, waarbij haploïde gameten worden gevormd. Dit proces zorgt niet
alleen voor de productie van geslachtscellen, maar ook voor een herschikking van genetisch materiaal, wat
resulteert in genetische variatie. In planten omvat dit de bloei-inductie en differentiatie van de bloemen. Tijdens
de sporogenese worden sporocyten (meiotische voorlopers) aangelegd, gevolgd door meiose, wat leidt tot de
vorming van sporen.
Tijdens de gametogenese ontwikkelen microsporen zich tot rijpe pollenkorrels, terwijl megasporen zich
ontwikkelen tot de embryozak. Vervolgens vindt bestuiving plaats, gevolgd door bevruchting, waarin de kernfusie
resulteert in "double fertilization." Hierbij vormen de zygote en het endosperm zich, wat cruciaal is voor de
ontwikkeling van zaad en vrucht.
Na de zaadvorming kan verspreiding van zaden plaatsvinden, wat vaak gepaard gaat met een strategische
verspreiding om de kans op succesvolle kieming te vergroten. Bij zaadkieming groeit de embryo uit tot een nieuwe
plant. Het resultaat van dit hele proces is dat de nakomelingen genetisch uniek zijn en verschillen van zowel
elkaar als van hun ouders. Deze genetische variatie is cruciaal voor evolutie en speelt een belangrijke rol in de
veredeling van planten.
Naast seksuele reproductie kennen planten ook aseksuele reproductie, een eenvoudiger proces dat vooral
voorkomt bij lagere organismen. Hierbij is slechts één ouder nodig, en bevruchting is niet vereist. Aseksuele
reproductie gebeurt meestal via mitose, wat leidt tot genetisch identieke nakomelingen, oftewel klonen. Omdat
er geen genetische variatie is, zijn alle nakomelingen identiek aan de ouder. Dit maakt aseksuele voortplanting
bijzonder efficiënt voor het snel vermeerderen van planten met gewenste eigenschappen, wat het een
waardevolle techniek maakt in plantenveredeling.
Planten gebruiken verschillende methoden voor aseksuele voortplanting (vegetatieve vermeerdering),
waaronder natuurlijke methoden zoals stolonen (uitlopers) en rizomen, en artificiële methoden zoals enten en
stekken. Een bijzondere vorm van aseksuele voortplanting is apomixis, ook wel parthenogenese genoemd.
Hierbij ontstaan zaden zonder bevruchting, wat leidt tot klonale reproductie via zaden.
Bloei en bloemstructuur
De reproductieve organen van planten bevinden zich in bloemen (bij bedektzadigen) of kegels (bij naaktzadigen).
Bloei vindt plaats na de juveniele fase, vaak onder specifieke omgevingsfactoren zoals temperatuur en
daglengte. Omdat planten sedentair zijn, hebben ze speciale mechanismen nodig om pollen over te brengen
naar het stigma. Een uniek kenmerk van bedektzadigen is de dubbele bevruchting, waarbij zowel een embryo als
een endosperm wordt gevormd. Dit proces resulteert in de ontwikkeling van een zaad en vaak ook een vrucht.
2
,De mannelijke reproductieve organen, samen het
androecium genoemd, bestaan uit meeldraden of
‘stamens’. Elke meeldraad is opgebouwd uit een filament,
een dunne steel die de helmknop ondersteunt, en de
helmknop zelf, waarin zich vier locules bevinden. In deze
locules ondergaan microsporemoedercellen (PMCs)
meiose, wat leidt tot de vorming van haploïde
microsporen. Deze ontwikkelen zich verder tot
pollenkorrels die één of twee spermacellen bevatten. Elke
bloem bevat meerdere meeldraden, waarbij het exacte
aantal kenmerkend is voor de soort. Tijdens bestuiving
worden de pollenkorrels overgebracht naar het
vrouwelijke stigma, waar ze ontkiemen en de
spermacellen afgeven. Na bestuiving en succesvolle
bevruchting ondergaat de bloem een transformatie. Elk
zaadbeginsel groeit uit tot een zaad, terwijl het
vruchtbeginsel zich ontwikkelt tot een vrucht. Deze vrucht
beschermt de zaden en helpt bij hun verspreiding, wat
essentieel is voor de voortplanting en overleving van de
plantensoort.
De vrouwelijke reproductieve organen, bekend als het gynoecium, omvatten één of meerdere stampers of
‘pistils’. Elke stamper bestaat uit drie hoofdonderdelen: het stigma, de stijl en het vruchtbeginsel. Het stigma is
het bovenste, kleverige deel dat pollen opvangt. De stijl is een smalle buis die het stigma verbindt met het
vruchtbeginsel, waar de zaadbeginsels (ovules) zich bevinden. In deze ovules ondergaan
megasporemoedercellen (MMCs) meiose om haploïde megasporen te vormen. Eén megaspore ontwikkelt zich
tot een embryozak, die de vrouwelijke gameten bevat: een eicel, die zich na bevruchting ontwikkelt tot een zygote
(2n), en een centrale cel, die na fusie met een spermacel het endosperm (3n) vormt. Na bestuiving en
bevruchting ontwikkelt elk zaadbeginsel zich tot een zaad, terwijl het vruchtbeginsel uitgroeit tot een vrucht.
De levenscyclus van bloeiende planten wordt gekenmerkt door een afwisseling van een diploïde en een
haploïde stadium, wat bekendstaat als een haplodiplonte levenscyclus. Het sporofytische stadium (2n) is de
diploïde fase waarin de plant zich ontwikkelt van een embryo tot een volwassen individu. Gedurende deze fase
ondergaat de plant mitotische celdelingen voor groei en differentiatie, wat resulteert in de vorming van wortels,
stengels en bladeren. Tijdens de bloei worden sporen gevormd via meiose in de reproductieve organen
(sporogenese). Het gametofytische stadium (n) begint met de ontwikkeling van gametofyten, waarbij
pollenkorrels en embryozakken ontstaan door mitotische delingen. Gametogenese leidt vervolgens tot de
vorming van spermacellen en eicellen.
Een bloem bevat naast de reproductieve organen ook structuren die de voortplanting ondersteunen. De sepalen,
of kelkbladeren, vormen de buitenste ring van bloembladeren. Ze zijn meestal groen en beschermen de
binnenste organen van de bloem, vooral in het knopstadium. De petalen, of kroonbladeren, vormen de
binnenste ring. Deze zijn vaak felgekleurd en spelen een rol in het aantrekken van bestuivers zoals bijen. De vorm
en kleur van de petalen zijn karakteristiek voor de soort en worden gebruikt bij determinatie.
Sporogenese – MEIOSE
Sporogenese is het proces waarbij haploïde sporen (n) worden gevormd uit somatisch weefsel van de diploïde
sporofyt (2n). Dit proces speelt een cruciale rol in de levenscyclus van zaadplanten, waarbij de sporen de basis
vormen voor de ontwikkeling van de gametofyt via mitotische delingen. Sporogenese omvat twee hoofdfasen: de
differentiatie van spore-moedercellen en de daaropvolgende meiotische reductiedeling. Afhankelijk van de
locatie en het type spore worden micro- en megasporogenese onderscheiden.
De meiotische celdeling is geëvolueerd uit de mitotische celdeling en bestaat uit één S-fase (DNA-replicatie)
gevolgd door twee opeenvolgende delingen: Meiose I en Meiose II. Dit proces speelt een essentiële rol in de
seksuele voortplanting, doordat het zorgt voor genetische diversiteit en ploïdiereductie.
3
, Meiose I: Reductionele deling: Tijdens de eerste meiotische deling worden homologe chromosomen herkend,
gepaard (synapsis) en uitgewisseld d.m.v. homologe recombinatie (HR), wat resulteert in cross-overs. Deze
genetische herschikking creëert nieuwe combinaties van allelen. Vervolgens segregeren de homologe
chromosomen, waardoor het ploïdieniveau wordt gehalveerd van diploïd (2x) naar haploïd (1x). Dit proces
introduceert variatie door de willekeurige verdeling van chromosomen (random chromosome assortment).
Tijdens Profase I worden de homologe chromosomen
gekoppeld en kunnen de COs zich vormen, wat de basis legt
voor genetische variatie in de volgende generatie. De frequentie
en positie van COs worden streng gereguleerd door
verschillende mechanismen, zoals CO-verplichting (minimaal
één CO per homoloog paar), centromerische suppressie
(weinig COs bij centromeren), en CO-interferentie (waardoor
COs niet te dicht bij elkaar kunnen liggen; I =1-1C met C de
coefficient of coincidence (CoC)). Planten hebben over het
algemeen een laag aantal COs per chromosoom (1 tot 3), en
deze zijn vaak geconcentreerd in de (sub-)telomerische
gebieden van chromosomen. De verdeling van COs is niet
willekeurig en kan beïnvloed worden door omgevingsfactoren, zoals temperatuur, wat leidt tot variatie in CO-
frequentie en -positionering. Dit wordt CO-plasticiteit genoemd en speelt een belangrijke rol in veredeling en
genetische mapping.
Meiose II: Equationele deling: In de tweede meiotische deling scheiden de zusterchromatiden, een proces dat
sterk lijkt op een mitotische deling, maar nu op haploïd niveau. Dit leidt tot de vorming van vier genetisch unieke
haploïde dochtercellen (micro- of megasporen) uit één diploïde moedercel (PMC of MMC).
Microsporogenese vindt plaats in de helmknoppen (antheren) van bloemen, waar microsporangia (pollenzakken)
worden gevormd. Binnen deze pollenzakken differentiëren de diploïde pollenmoedercellen (PMCs) uit het
omringende weefsel. PMCs ondergaan een meiotische deling, bestaande uit een eerste meiotische deling (MI)
gevolgd door een tweede (MII), die resulteert in de vorming van vier haploïde microsporen.
Afhankelijk van de plantensoort kan deze deling successief (bij eenzaadlobbigen) of simultaan (bij
tweezaadlobbigen) plaatsvinden. De gevormde microsporen blijven gegroepeerd in een tetrade en zijn alle vier
functioneel. Microsporogenese eindigt met de productie van deze haploïde microsporen, die vervolgens verder
ontwikkelen tot stuifmeelkorrels.
Megasporogenese vindt plaats in het vruchtbeginsel (ovarium), waar zaadbeginsels (ovules) worden gevormd.
Het proces begint met de differentiatie van een archespore-cel, die zich ontwikkelt tot een megasporemoedercel
(MMC). Deze MMC ondergaat eveneens een meiotische deling, waarbij achtereenvolgens een dyade en een
tetrade van haploïde cellen wordt gevormd.
Van de vier megasporen die ontstaan, degenereren er doorgaans drie, waardoor slechts één functionele
megaspore overblijft. Deze enkele megaspore, die haploïd is, vormt de basis voor de ontwikkeling van de
vrouwelijke gametofyt, de embryozak. Tijdens deze ontwikkeling ontstaan onder andere de eicel en de centrale
cel, die betrokken zijn bij de
bevruchting en zygotevorming.
Beide vormen van sporogenese
resulteren in haploïde sporen met
een gehalveerd ploïdieniveau (2n →
n). Microsporogenese leidt tot een
overvloed aan microsporen
(stuifmeel), terwijl megasporogenese
meestal slechts één functionele
megaspore per zaadbeginsel
oplevert. Deze sporen vormen de
basis voor de volgende generatie,
waarbij ze zich ontwikkelen tot respectievelijk mannelijke en vrouwelijke gametofyten die uiteindelijk bijdragen
aan de geslachtelijke voortplanting van de plant.
4
