Wageningen, The Netherlands
September 10, 2015
Plant breeding will play a crucial role if we are to make better use of the biobased properties of plants, says Luisa Trindade, Biobased Economy research leader at Wageningen UR Plant Breeding. New techniques will play a crucial role in this context. The tomato is an excellent example of a crop that can provide a major contribution to the biobased economy.
The crops of the future are going to have a different look. “We need to grow more diverse products with fewer inputs - to do more with less,” Luisa Trindade says. As an illustration, Trindade points to the potential of the tomato, which has seen the yield, taste and colour of its fruits improve significantly over years of classical breeding. “A good tomato plant produces beautiful red and flavourful tomatoes, certainly – but in the future, we will be able to do much more than that.”
From waste to valuable product
While the results are promising, plant breeding has yet to contribute to optimising tomatoes for the biobased economy. This is about to change, however. “We will have to take a fresh look at the tomato,” Trindade says. “There are many more options if we focus less on the fruit alone. Tomato leaves and stalks are currently treated largely as waste, ignoring the fact that useful proteins and other components can be isolated through extraction and used for valuable nutritional, pharmaceutical or industrial applications.”
The same applies to tomato fibres. “It's great that many trays and other containers on which tomatoes and other fruit and vegetables are presented for sale in supermarkets, say, are actually made from tomato fibres.” The utilisation of residual materials is not the only possibility being examined; changes in the fibrous structure of the plant mean there are many other applications in the offing. Stems and leaves will then be considered as high-quality raw materials rather than waste. The Calvin Klein tomato jeans have come a step closer.
Healthy substances
Let us consider for a moment lycopene, to which many vegetables and fruits owe their red colour. A range of health claims have been made about this renowned bright red carotenoid, including a reduced incidence of cardiovascular disease, prostate cancer and cervical cancer. “Much research still remains to be done of course,” Trindade says. “But in a few decades we may very well engineer the tomato plant according to a very different balance. For instance, we may be able to increase the levels of lycopene or other health-promoting components.”
As breeding becomes more common, it may affect yield. “In the future, we might not harvest ten kilograms of tomatoes, for instance, but seven kilograms of tomatoes and three kilograms of leaves and stems from which new proteins, fibres, pigments and other valuable molecules are extracted.”
Grocery lists
Luisa Trindade thinks that we will come to consider plants more as useful units. “Instead of one or two main products, we will look at all the components present and several different purposes. And we will also make more grocery lists, as it were, that specify what we need and how we get the building blocks. A list like that might state ‘for protein we need mainly corn and potatoes, and a little tomato’.”
More breeding tools
The implications for the toolbox of plant breeders are far-reaching in Trindade’s visionary mind. “One thing is for sure: all these existing and new breeding tools can give a major boost to the realisation of a biobased economy. We will understand more and more about the genetic diversity of plants and, in particular, the interactions between the various components. We will acquire more knowledge on the communicating vessels that make up a plant – something that we sorely lack now. If, for instance, we wish a plant to produce more protein, we have to know what the consequences of the corresponding change will be on other properties, such as starch or oil content.”
The ultimate goal is for the plant breeding to contribute to a fully circular biobased economy, concludes Trindade. “The plant will then become a biological factory in which everything is used, there are no waste streams, and the use of water, energy, artificial fertilisers and pesticides is minimised. We aim to develop a new generation of breeding tools that enable us to analyse the complex interactions between yields and the functional qualities of the different components.”
Plantenveredeling brengt biobased economy dichterbij
Willen we de biobased-eigenschappen van planten beter benutten, dan speelt plantenveredeling dankzij nieuwe technieken een cruciale rol, zegt Luisa Trindade, onderzoeksleider Biobased Economy van Wageningen UR Plant Breeding. De tomaat is een uitstekend voorbeeld van een gewas dat een grote bijdrage kan gaan leveren aan de BBE.
De gewassen van de toekomst zullen er anders uit zien. ‘We moeten er meer verschillende producten met minder input zien uit te halen’, zegt Luisa Trindade. ‘Do more with less’. Om haar visie toe te lichten, gaat Trindade in op de mogelijkheden van de tomaat. Door jarenlange verbeteringen met klassieke veredeling is de opbrengst, de smaak en de kleur van de vruchten aanzienlijk verbeterd. ‘Een goede tomatenplant levert mooie roodgekleurde en smaakvolle tomaten op’ maar het kan in de toekomst meer zijn dan alleen dat, aldus Trindade.
Van afval naar waardevol product
Een mooi resultaat, maar plantenverdeling heeft nog niet bijgedragen aan optimalisering van de tomaat voor de Biobased Economy. Toch zal dat niet lang meer duren. ‘We zullen opnieuw naar de tomaat moeten kijken. Er zijn veel meer mogelijkheden wanneer we ons niet alleen op de vrucht richten’, aldus Trindade. Tomatenloof zoals blad en stengel geldt nu grofweg als afval. ‘Terwijl er door extractie bruikbare eiwitten en andere componenten zijn te isoleren die een voedingskundige, industriële of farmaceutische waarde hebben.’
Hetzelfde geldt voor de vezels van tomaten. ‘Het is geweldig dat nu van de tomatenvezels bakjes, schaaltjes en andere verpakkingen worden gemaakt waarop tomaten en andere vruchten of groenten in de supermarkt te koop worden aangeboden.’ Het benutten van reststoffen is niet de enige richting, want er liggen door een verandering van de vezelstructuur van de plant nog veel meer toepassingen in het verschiet. Stengels en bladeren zijn dan geen reststoffen meer, maar hoogwaardige grondstoffen. De ‘Calvin Klein’ tomatenspijkerbroek komt dichterbij.
Gezondheidsbevorderende stoffen
En wat te denken van de stof lycopeen? De bekende helderrode carotenoïde waaraan vele groenten en fruit hun rode kleur ontlenen, heeft een scala aan gezondheidsclaims voor mensen. Denk aan een verminderd voorkomen van hart- en vaatziekten, minder prostaatkanker en minder baarmoederhals-kanker. ‘Natuurlijk moet daar nog veel onderzoek naar gebeuren’, zegt Trindade, ‘maar het zou er over enkele tientallen jaren toe kunnen leiden dat we een heel andere balans maken van de tomatenplant. We zouden het gehalte aan lycopeen of andere gezondheidsbevorderende componenten kunnen verhogen.’
De verbreding van de veredeling eist wellicht wel zijn tol in de opbrengst. ‘We oogsten dan bijvoorbeeld geen tien kilogram tomaten, maar zeven kilogram tomaten en drie kilogram meer blad en stengels waaruit nieuwe eiwitten, vezels, pigmenten en andere hoogwaardige moleculen worden geoogst.’
Boodschappenlijstjes
Planten zullen we volgens Luisa Trindade meer als useful units gaan beschouwen. ‘In plaats van een of twee hoofdproducten, zullen we kijken naar alle aanwezige componenten die we voor tal van verschillende doeleinden kunnen gebruiken. En we zullen ook meer boodschappenlijstjes gaan maken met daarop wat we nodig hebben en hoe we aan de bouwstenen komen. Op zo’ lijstje staat dan bijvoorbeeld: voor het eiwit hebben vooral maïs en aardappelen nodig, en een beetje tomaten.’
Meer veredelingsgereedschap
De implicaties voor de gereedschapskist van de plantenveredelaars zijn nog maar amper te bevatten als we meegaan in de visionaire gedachtegang van Trindade, beseft ze zelf ook. ‘Vast staat dat we dankzij allerlei beschikbare en nieuwe veredelingstools een belangrijke boost kunnen geven aan het realiseren van een Biobased Economy. We zullen steeds meer van de genetische diversiteit van planten begrijpen. In het bijzonder de de interacties tussen de verschillende componenten’, zegt ze. ‘We zullen meer kennis krijgen van de communicerende vaten van een plant, en die is hard nodig. Als je bijvoorbeeld meer eiwit wil produceren, moet je wel weten wat de consequenties zijn voor andere componenten zoals zetmeel of het oliegehalte.’
Het uiteindelijke doel is dat de plantenveredeling bijdraagt aan een volledig circulaire, Biobased Economy. ‘De plant is dan een biologisch fabriekje waarin alles wordt benut, er geen afvalstromen zijn en het gebruik van water, energie, kunstmest en bestrijdingsmiddelen is geminimaliseerd. We willen een nieuwe generatie veredelingsgereedschappen ontwikkelen die ons in staat stelt om de complexe wisselwerking tussen opbrengst en functionele eigenschappen van de verschillende componenten te analyseren.’
Topics
Species
