Plantenevolutie op je bord, verzameld in één app

Wetenschappers van Naturalis Biodiversity Center in Leiden hebben een web-app gemaakt om de evolutie van een zeer belangrijke plantenfamilie voor iedereen inzichtelijk te maken. Het gaat hier om de kolenfamilie, mosterdfamilie of kruisbloemenfamilie, allemaal verschillende Nederlandse namen voor de plantenfamilie die in de wetenschap ‘Brassicaceae’ wordt genoemd. Zoals voorgaande namen al laten zien, bevat deze familie een aantal populaire voedselgewassen voor de mens, zoals veel verschillende soorten kolen (bloemkool, spruitjes, broccoli), smaakmakers als zwarte en witte mosterd, alsook de belangrijkste bron van biobrandstof: koolzaad. Tel daar lekkere planten als radijs, tuinkers, rucola, mierikswortel en wasabi bij op, en het is duidelijk dat deze plantenfamilie alle aandacht verdient van natuurliefhebbers, fijnproevers én de industrie. Maar waarom zouden we ook specifiek de evolutie van deze planten willen kennen?

Labrat van de plantenwetenschappen

Over de wereld bestuderen duizenden wetenschappers de kolenfamilie. Dit komt zonder meer door al die voedselgewassen. In het licht van klimaatverandering is het belangrijk om alle verschillende aspecten van deze gewassen te begrijpen. Hoe reageren ze bijvoorbeeld op droogte en extreme regenval, of op aanvallen van herbivoren en ziekten? Daarnaast is deze familie ook op een andere manier heel belangrijk vanuit wetenschappelijk oogpunt. De belangrijkste modelsoort van planten behoort namelijk tot deze familie: Arabidopsis thaliana, in het Nederlands bekend als zandraket. Dit kleine plantje herken je misschien als ‘onkruid’, maar het is óók de ultieme ‘labrat van de plantenwetenschappen’ en de eerste plant waarvan het hele genoom werd gesequenced. Er is vrijwel geen biologiefaculteit ter wereld waar dit plantje niet wordt gekweekt voor onderzoek. Dankzij al die kennis van deze modelsoort wil iedereen die onderzoek doet aan één van de 4100 soorten binnen de kolenfamilie weten wat de relatie is met die Arabidopsis-soort. Om te vergelijken, om nieuwe ideeën op te doen of om nieuw onderzoek te kunnen starten. Simpelweg om ervan te leren.

Grootste stamboom van het leven

Kasper Hendriks en Frederic Lens, onderzoekers bij Naturalis, publiceerden vorig jaar de grootste globale stamboom van het leven van de kolenfamilie ('Brassicaceae Tree of Life', of 'BrassiToL') in het tijdschrift 'Current Biology'. Dit deden ze samen met meer dan 40 onderzoekers van over de hele wereld. Dankzij nieuwe technieken, waarbij DNA werd verkregen uit tientallen jaren oude planten uit onder andere het Naturalis-herbarium, konden zij voor het eerst vertegenwoordigers van vrijwel alle 350 geslachten uit de familie in hun BrassiToL meenemen. Hoe maak je zo’n gigantische dataset nog inzichtelijk? Ze besloten daarom dat de gepubliceerde stamboom, die voorheen alleen op papier of via een beeldscherm kon worden bekeken, niet voldoende was. Er moest een app komen waarmee onderzoekers (én niet-onderzoekers) hun BrassiToL snel kunnen doorzoeken.

Van wetenschap naar ontwerp naar app

Echter, wetenschappers zijn doorgaans geen ontwerpers, laat staan dat ze kennis hebben van de techniek achter het bouwen van een app. Daarom schakelden ze de hulp in van studenten van de opleiding 'Communication and Multimedia Design' aan de Hogeschool van Amsterdam. Daar kwamen ze in contact met Robin Dekker en Roosmarijn Hoekstra die de app ontwierpen, en Brianne de Deugd die het programmeren deed. Deze zomer werden de laatste puntjes op de ‘i’ gezet en kwam de app online.

De nieuwe web-app biedt unieke functionaliteiten die niet eerder samengebracht werden. Zo kan iedere gebruiker middels filters snel terugvinden welke soorten waar in de wereld voorkomen, wat hun kenmerken zijn, hun gebruik door mensen, en natuurlijk hun evolutie. De labels in de Tree of Life kunnen aangeklikt worden om meer informatie te krijgen over elk van de ongeveer 350 soorten en om gegevens te zien van de gebruikte herbariumplanten. Alle betrokkenen krijgen zo erkenning: de verzamelaars van de planten, de collecties en beheerders, en de mensen die de planten hebben geïdentificeerd. Om de nieuwe onderzoeksgegeven volledig toegankelijk te maken, zijn links naar de zogenaamde ‘ruwe DNA sequentiedata’ toegevoegd. Iedereen die dat wil, kan zo zijn of haar eigen studie naar deze interessante plantenfamilie opstarten.

Vooruit kijken

De nieuwe BrassiToL-app van Hendriks en collega’s is nadrukkelijk een startpunt voor meer, veel meer. Hendriks en Lens werken ondertussen keihard door, want het doel is een complete familiestamboom te maken, inclusief vertegenwoordigers van alle 4100 soorten: iets wat nog nooit eerder gedaan is bij welke plantenfamilie dan ook. Dankzij intensieve samenwerkingen met collega’s van over de hele wereld en veel hulp van studenten, komt dit doel in zicht. Hendriks: “We verwachten voor het eind van het jaar deze geweldige BrassiToL uitgebreid te hebben naar meer dan 3000 soorten, bijna tien keer zo veel als nu! Iedereen ter wereld kan gratis, via onze online app, uitzoeken welke soorten in zijn of haar thuisland voorkomen, en bijvoorbeeld op zoek gaan naar mogelijke nieuwe gewassen, maar de mogelijkheden zijn eindeloos! Onze app zal zo een soort superkatalisator zijn voor verder onderzoek door honderden wetenschappers overal ter wereld. Het is fantastisch om op deze manier, dankzij een combinatie van oude collecties en moderne technieken, andere onderzoekers verder te helpen.”

Meer informatie

• Bekijk de web-app BrassiToL. 
• Het onderzoek van Kasper Hendriks en Frederic Lens over de grootste globale stamboom van het leven van de kolenfamilie: 'Global Brassicaceae phylogeny based on filtering of 1,000-gene dataset'. 
• Eerder deed dit team onderzoek naar spruitjes.  

Tekst: Kasper Hendriks, Frederic Lens, Jade Eversmann, Naturalis Biodiversity Center
Foto's: Marit Kuijt (leadfoto: Kasper Hendriks in het Naturalis-laboratorium), Eric Belfield, BrassiToL