DNA en morfologie: de sleutel naar Nederlandse planten

Veel biologen en plantenliefhebbers kennen hem wel, de Heukels' Flora. Hét boek waarmee je alle Nederlandse plantensoorten kan herkennen. In het boek zijn inheemse en verwilderde Nederlandse planten beschreven. Aan de hand van een lijst van vragen kan iedereen, van hobbyisten tot ervaren biologen, erachter komen welke plant ze voor zich hebben. De eerste uitgave kwam uit in 1883, en nog steeds wordt er hard aan gewerkt om ongeveer elke vijf tot tien jaar een nieuwe editie uit te brengen. Leni Duistermaat, onderzoeker bij Naturalis, werkt op dit moment aan de volgende Heukels' Flora.

De vragenlijsten – beter gezegd, determinatiesleutels – in de flora moeten bruikbaar zijn voor zowel beginners als professionals. Ze worden zo gebruiksvriendelijk mogelijk gemaakt door juist niet te vragen naar hele kleine details, maar naar kenmerken die iedereen makkelijk kan zien. Ook het gebruik van veel afbeeldingen helpt een beginner de juiste kenmerken te herkennen. Tenslotte probeert Duistermaat de terminologie zo duidelijk mogelijk te beschrijven, zodat iedereen die het boek leest de juiste termen kent. Maar, vertelt Duistermaat: "Heukels' Flora blijft een technisch boek. Lezers zullen altijd de tijd moeten nemen om het boek te lezen en te begrijpen."

Nieuwe plantensoort

De eerste stap bij het maken van een nieuwe flora, is het bepalen van alle soorten die in het boek horen. Nieuwe soorten moeten eerst geïdentificeerd en beschreven worden. Wanneer er in Nederland wilde planten worden gevonden die nog niet in de flora staan, willen we daarvan materiaal voor de herbariumcollectie in Naturalis ontvangen. Van het verzamelde materiaal moet vervolgens worden vastgesteld welke soort dat is. Dat wordt van oudsher gedaan op basis van uiterlijke kenmerken van de plant, dat noem je de morfologie. DNA-onderzoek speelt hierbij een altijd grotere rol. "Als ik laat weten dat er een nieuwe plantensoort in de Heukels' Flora komt, dan willen ze bij Arise graag een sample ontvangen", vertelt Duistermaat. "Daarmee kunnen zij voor die soort een DNA-barcode maken." Deze DNA-barcode wordt dan toegevoegd aan de nationale DNA-barcodebibliotheek, zodat we steeds meer referentiemateriaal hebben.

Soorten onderscheiden

Binnen de plantentaxonomie zijn er nog grote uitdagingen. De grootste uitdagingen bij het identificeren van plantensoorten zijn de complexere plantensoortgroepen. Binnen een aantal groepen komen veel kruisingen voor. Bij deze groepen is het moeilijk te onderscheiden wat precies een soort is, wat de ouder-soorten van de kruisingen zijn, en hoe deze groepen begrensd moeten worden. Dit speelt bijvoorbeeld in de groep van de waterranonkels en de fonteinkruiden. Sommige soorten kunnen misschien wel verder opgesplitst worden, bijvoorbeeld 'middelste teunisbloem'. "De grootste vraag is dan: 'Wat stellen die soorten taxonomisch eigenlijk voor? Zijn het überhaupt goede soorten?'", aldus Duistermaat. 

Ook met DNA-onderzoek is het een uitdaging om deze puzzel op te lossen. Binnen Arise wordt de DNA-barcode gemaakt van een standaard stuk DNA, maar met alleen deze barcodes lukt het niet om deze complexe groepen te onderscheiden. "Dat is een van de grootste uitdagingen waar we nu tegenaan lopen", vertelt Duistermaat. "Het is nu nog onduidelijk welke technieken nodig zijn om ze te kunnen onderscheiden. Misschien is het nodig om een of twee extra stukken DNA te onderzoeken, misschien moet er zelfs nog meer gebeuren."

Onderzoeker Annabelle de Vries werkt bij Naturalis om meer duidelijkheid te krijgen welke plantengroepen binnen de Nederlandse flora lastig te identificeren zijn met de standaard DNA-barcodes.

Invasieve soorten

Duistermaat maakt zich steeds meer zorgen over de groei van het aantal nieuwe plantensoorten in Nederland. "De afgelopen vijftien jaar zijn er meer dan honderd soorten bijgekomen in Nederland", vertelt Duistermaat. "Meer dan de helft daarvan zijn tuinplanten en vijverplanten die zich gedragen als wilde planten. De toename wordt dus veroorzaakt door bewuste import." Slechts een klein deel van deze planten is op natuurlijke wijze verspreid vanuit naburige landen. De menselijke invloed is dus heel erg groot in de plantenwereld. 

Bij nieuwkomers blijft de kans aanwezig dat ze een invasieve soort worden. Om de groei van invasieve soorten tegen te gaan, heeft Duistermaat samen met partners van de Nederlandse Voedsel- en Warenautoriteit een informatiesysteem opgezet: Q-Bank Invasive Plants. Dat schat in of nieuwkomers potentie hebben om invasief te worden en herkent invasieve soorten. Jaarlijks breiden Duistermaat en haar collega’s dit systeem uit met soorten die van belang zijn.

Duistermaat: "In een aantal gevallen kan je op basis van de morfologie snel zien welke soort je voor je hebt, maar bij andere plantensoorten is DNA-onderzoek nodig om de soorten snel te kunnen identificeren. Daarom worden in dit project DNA-technieken gebruikt om soorten te identificeren. Bij de douane is het bijvoorbeeld van belang dat verboden plantensoorten – dat zijn niet alleen bedreigde soorten en drugs, maar ook invasieve exoten – direct kunnen worden geïdentificeerd. DNA-onderzoek kan daarbij in veel gevallen snel uitslag geven." 

DNA als oplossing

De technieken die worden gebruikt, bekijken standaard barcodes aangevuld met een ander stukje in het DNA. Dat is handig, want voor sommige verboden plantensoorten bestaan er kruisingen die wél toegestaan zijn in Nederland. Die zie je vaak in botanische tuinen en parken. Met deze aanvulling op de technologie is de kans groter dat verboden plantensoorten en hybriden onderscheiden worden. 

Ook met deze technieken zijn er toch nog twijfels of binnen zulke complexe plantengroepen de soorten perfect geïdentificeerd worden. Door verschillende technieken te combineren en te blijven verbeteren, kunnen deze problemen stap voor stap opgelost worden. Nu kunnen morfologische data en DNA-barcodes naast elkaar gebruikt worden om de soorten grenzen zo duidelijk mogelijk te krijgen."Voor mij is het heel duidelijk dat morfologie en DNA samen de taxonomische puzzel helpen oplossen", vertelt Leni. "Het is nooit óf alleen morfologie óf alleen DNA; juist de combinatie is heel sterk om deze vragen te beantwoorden."

Tekst: Oumaima Zemouri, Naturalis Biodiversity Center
Foto's: Willem Braam (leadfoto: Grote waterranonkel); Naturalis Biodiversity Center; Theo Muusse