Wageningen, The Netherlands
July 21, 2021
Photo: Sensus
Researchers have used new breeding techniques to develop a chicory variety that no longer contains bitter compounds. Katarina Cankar, plant researcher at Wageningen University & Research: “In the European CHIC project, we are working on improved industrial chicory varieties (related to witloof) that contain dietary fibre and compounds that have potential medicinal properties.” The research consortium published their results in the Plant Biotechnology Journal.
Chicory is a beautiful plant with blue flowers, but the interesting part is in the ground: the chicory taproots are a source of inulin, a natural sweetener that is used in bread and dairy products and as dietary fibre for healthy intestinal function. “Inulin has a positive effect on the digestive health,” says Katarina Cankar. “Normally, inulin must be separated from the bitter compounds (that are also in the root) as they cause a bitter taste. With new breeding techniques such as CRISPR-Cas, we have been able to develop a plant that no longer contains those bitter compounds. This will make the processing cheaper and easier, and in turn more sustainable, and will make a broader application of inulin possible.”
We now know which genes are involved in the production of bitter compounds, so we could also change the level of bitterness in witloof
New breeding techniques
The new CRISPR-Cas technique specifically targets the chicory DNA that is responsible for specific desirable or undesirable characteristics of the plant. “A technique called genome editing introduces small changes in the DNA. The chicory that is bred therefore only contains its own DNA,” explains Paul Bundock of KeyGene. “We have switched off four genes that are responsible for the bitter substances. To do this, we took cells from the leaf, treated them with the technology, and then allowed them to grow into plants again (in the greenhouse). Breeding is a lot quicker using this method. Cankar says: “It was technically difficult, but we were successful. We have learnt which genes are involved in the production of bitter compounds. We could also use this technique to change the level of bitterness in witloof, for example.”
Anti-inflammatory agents
Within the European CHIC project, researchers and businesses are also working on the development of the specific chicory bitter compounds (terpenes) themselves.. These compounds may serve as anti-inflammatory agents and / or as medicine for cancer. Matthew de Roode, corporate development manager at Sensus: “Bitter compounds protect the plant from fungi and bacteria. In the project, we have been able to demonstrate anti-inflammatory activity. Previous research showed that bitter substances in chicory have an anti-worming effect in sheep.”
De Roode: “We also wish to know what European citizens think about the breeding techniques that do not incorporate additional DNA. In addition to a breeding project, this is also an opinion-forming project.” Cankar: “In our art and science activities we are collaborating with artists to talk about plant breeding in a different way and to stimulate people’s curiosity. This includes an online art exhibition or planting chicory with an app for those who are interested. Our research project will contribute to improvements of the chicory breeding and people’s health.”
Variant with improved inulin
Within the project, researchers are also generating chicory lines that are less sensitive to the breakdown of inulin that occurs naturally in the autumn during cultivation. De Roode: “The amount of inulin is not a constant factor. It peaks in October and November. The colder weather means that the plant draws from its inulin storage more quickly. The new variant should be less sensitive to this and in turn, deliver more inulin.”
The European CHIC Project
WUR is the coordinator of the European CHIC project that is funded by the EU Horizon 2020 programme. In addition to WUR, 16 different partners from 12 countries are working on the research. The Wageningen research company KeyGene and the Dutch inulin producer Sensus BV are also taking part in the research programme. Cankar: “In the research, we are developing new lines of chicory, and we very broadly look at the safety of products, the feasibility of business models, and the social acceptance of new breeding techniques.”
Read the publication
Onderzoekers maken cichoreiplanten zonder bitterstoffen
Onderzoekers hebben met nieuwe veredelingstechnieken een cichoreiplant ontwikkeld die geen bitterstoffen meer bevat. Katarina Cankar, plantenwetenschapper van Wageningen University & Research: “Binnen het Europese CHIC-project werken we aan verbeterde cichoreisoorten (familie van de witlof) die goede voedingsvezels bevatten en stoffen die mogelijk gebruikt kunnen worden als medicijnen.” Het onderzoeksconsortium gepubliceerde de resultaten in Plant Biotechnology Journal.
Cichorei is een mooie plant met blauwe bloemen, maar het interessante deel zit onder de grond: de wortels zijn een bron van inuline, een natuurlijke zoetstof die wordt gebruikt in brood en zuivelproducten èn als voedingsvezel voor een gezonde darmfunctie. “Inuline heeft een positief effect op de gezondheid van de darm,” zegt Katarina Cankar. “Normaal gesproken moet inuline van de bitterstoffen (die ook in de wortel zitten) worden gescheiden. Want die zorgen voor een bittere smaak. Maar met nieuwe veredelingstechnieken zoals CRISPR-Cas hebben we een plant ontwikkeld waar die bitterstoffen niet meer in zitten. Dat maakt het verwerkingsproces goedkoper en eenvoudiger, en daarmee duurzamer, waardoor inuline breder toegepast kan gaan worden.”
Nieuwe veredelingstechnieken
De nieuwe CRISPR-Cas techniek richt zich specifiek op alleen het cichorei-DNA dat verantwoordelijk is voor bepaalde gewenste of ongewenste eigenschappen van de plant. “Deze techniek introduceert kleine veranderingen in het DNA. Dat heet genome editing. De veredelde cichorei bevat dus gewoon zijn eigen DNA,” legt Paul Bundock van KeyGene uit. “We hebben vier genen uitgeschakeld die verantwoordelijk zijn voor de bitterstoffen. Hiervoor hebben we cellen uit het blad genomen, die behandeld met de technologie en weer laten opgroeien tot planten (in de kas).
Met deze techniek kunnen we ook het niveau van bitterheid in witlof veranderen
De veredeling gaat met deze methode een stuk sneller.” Cankar vult aan: “Dat was technisch moeilijk, maar het is gelukt. We hebben geleerd welke genen betrokken zijn bij de vorming van de bitterstoffen. Met deze techniek kunnen we bijvoorbeeld ook het niveau van bitterheid in witlof veranderen.”
Ontstekingsremmers
Binnen het Europese CHIC-project werken onderzoekers en bedrijven ook aan een type cichoreiplant dat juist hele specifieke bitterstoffen (terpenen) bevat. Deze stoffen kunnen mogelijk dienen als ontstekingsremmers en als medicijn tegen kanker. Matthew de Roode, corporate development manager bij Sensus: “Bitterstoffen beschermen de plant tegen schimmels en bacteriën. Binnen het project hebben we ontstekingsremmende activiteit kunnen aantonen. En uit eerder onderzoek blijkt dat bitterstoffen in de cichorei een antiworm effect hebben bij schapen.”
De Roode: “We willen ook weten hoe de Europese burger denkt over de nieuwe veredelingstechnieken die geen extra DNA inbouwen. Naast een veredelingsproject is dit een opinievormend project.” Cankar: “Onze art en science sectie werkt samen met kunstenaars om op een andere manier over plantenveredeling te praten en mensen nieuwsgierig te maken. Zo kunnen geïnteresseerden een online tentoonstelling bezoeken of via een app cichorei zaaien. Ons onderzoeksproject draagt bij aan het verbeteren van de cichoreiteelt en de gezondheid van mensen.”
Variant met verbeterde inuline
Binnen het project werken de onderzoekers ook aan chicoreilijnen die minder gevoelig zijn voor de afbraak van inuline die bij de teelt van nature plaatsvindt in het najaar. De Roode: “De hoeveelheid inuline is geen constante factor. De piek ligt in oktober en november. Door koudere weersomstandigheden spreekt de plant de voorraad inuline sneller aan. De nieuwe variant zou hiervoor minder gevoelig moeten zijn en daardoor meer inuline kunnen leveren.”
Het Europese CHIC-project
WUR is coördinator van het Europese CHIC-project dat wordt gefinancierd uit het Horizon 2020 programma van de EU. Naast WUR werken er zeventien verschillende partners uit twaalf landen aan het onderzoek. Ook het Wageningse onderzoekbedrijf KeyGene en de Nederlandse inulineproducent Sensus BV nemen deel aan het onderzoeksprogramma. Cankar: “We ontwikkelen nieuwe lijnen van cichorei en kijken heel breed binnen het onderzoek naar de veiligheid van producten, de haalbaarheid van business modellen en de maatschappelijke acceptatie van nieuwe veredelingstechnieken.”
Lees de publicatie
Topics
Species
