Kun je de banaan hacken met CRISPR-Cas?
Kun je de banaan hacken met CRISPR-Cas?
Over de risico's van monoculturen en manieren om bananen te redden (ecologie / moleculaire genetica)
Lesduur is: 45 minIntroductie
Instructies
Onderdelen in deze les
Kun je de banaan hacken met CRISPR-Cas?
Over de risico's van monoculturen en manieren om bananen te redden (ecologie / moleculaire genetica)
Deze slide heeft geen instructies
Deze les is nieuw en de makers zijn benieuwd naar feedback. Die kun je geven via de vragenlijst (zie de QR-code hiernaast of aan het eind van de les).
Of ben je bereid om tijdens een kort online interview je ervaringen met de makers te delen? Meld je dan aan via onze www.4tuschools.nl.
Nieuwe les dus testers gezocht!
Vragenlijst voor docenten
Deze slide heeft geen instructies
Informatie voor de docent
Vooraf
Deze LessonUp duurt ongeveer een lesuur.
De les sluit aan bij ecologie en genetica, maar voorkennis is niet noodzakelijk.
Benodigdheden
Iconen
Zet het vinkje 'toon bij leerling' aan
Toon notities bij elke dia
Navigeren door de les
Vergroot een afbeelding
Klik hier
Hotspot met meer informatie
laptop voor elke leerling
Deze slide heeft geen instructies
Leerdoelen
Na deze les...
...is je kennis over bananen sterk toegenomen.
...kun je uitleggen waardoor de banaan bedreigd wordt.
...kun je manieren noemen waarop geprobeerd wordt de banaan te redden van de ondergang.
...kun je de technieken die hierbij gebruikt worden uitleggen.
Deze slide heeft geen instructies
Bananenbasiskennis
Klik om te vergroten
Toelichting
In deze dia wordt via de verschillende hotspots veel kennis over bananen aangebracht. Leerlingen kunnen de hotspots zelf aanklikken of de docent doet dat op het centrale scherm.
Laat zeker het filmpje zien om duidelijk te maken dat voor veel wereldbewoners bananen basisvoedsel zijn en dat het uitsterven van 'de' banaan voor hen dus veel grotere gevolgen heeft dan voor ons.
Bananenplanten zijn geen bomen maar 's werelds grootste bloeiende kruiden
Bananenplant
Bron: Kema & Van Rijn (2022)
Toelichting
Deze dia geeft meer inzicht in de biologie van de bananenplant. Klik op de hotspots voor info over elk onderdeel.
Vraag
Een vrucht heeft doorgaans zaden (pitjes). Daarmee plant een plant zich voort. Bananen hebben geen pitjes.
Dat is lekker, maar hoe komt dat?
De pitjes verdwijnen tijdens het rijpen van de banaan, omdat ze via een proces dat resorptie heet worden opgenomen door de vrucht.
Bananen hebben geen pitjes omdat ze heel vroeg, als ze nog groen zijn, worden geplukt voordat de zaden kunnen groeien.
Onze bananen hebben 3 setjes genen (1 van de moeder, 2 van de vader). Dat is moeilijk in tweeën te delen en daarom zijn bananen steriel (maken geen zaden)
Bananen hebben geen pitjes omdat ze geen zaden nodig hebben om zich voort te planten; ze groeien vanzelf uit de grond
Toelichting
Het juiste antwoord (C) laat zien dat klassieke veredeling door middel van kruisingen bij bananen lastig is. Dat is voor het vervolg van deze les van belang.
Monocultuur
Hoe zit dat nou, met dat uitsterven van 'de' banaan?
Eerst een beetje geschiedenis:
Tot ongeveer 1950: alle bananen van het ras Gros Michel.
Grote plantages, veel bananenplanten bij elkaar op grote oppervlaktes → monocultuur
Bron: Kema, G., & Van Rijn, F. (2022)
Deze slide heeft geen instructies
Schimmel 1
Rond 1920: de Gros Michel krijgt last van de fusariumverwelkingsziekte (Panamaziekte), veroorzaakt door een bodemschimmel.
Aangezien bijna alle bananen ter wereld klonen van elkaar zijn, zijn ze allemaal even gevoelig voor deze schimmel.
Deze slide heeft geen instructies
Schimmel 2
Dus op zoek naar een nieuwe variëteit, een nieuw bananenras, bestand tegen die schimmel.
Dat wordt vanaf ongeveer 1950 de Cavendish, resistent tegen de verwelkingsziekte. Tenminste, dat was hij 70 jaar lang.
Een nieuwe variant van de schimmel treft nu alle Cavendish-bananen. Niks geleerd dus?
Deze slide heeft geen instructies
Wist je dat ...
...de Cavendish-bananen op meer dan 50% van alle bananenplantages wereldwijd staan?
...er van tarwerassen honderden variëteiten bestaan, maar van eetbare bananen maar een paar?
...er dus enorme genetische uniformiteit (gelijkvormigheid) is bij (eetbare) bananen?
...ze dat extra kwetsbaar maakt voor ziektes en plagen?
Deze slide heeft geen instructies
Bestrijden dan maar
Bestrijden
Er zit weinig anders op dan de schimmel te bestrijden met bestrijdingsmiddelen.
En dan niet één keer, maar wekelijks.
Bron: Het Bittere Verhaal Achter Onze Zoete Bananen (2022), pers. comm. Gert Kema
Productiekosten banaan
Er gaat dus eenderde van alle productie-kosten op aan bestrijding van ziektes!
Deze slide heeft geen instructies
Intermezzo
Nani Maryani, onderzoeker en docent bij de universiteit in Serang, Indonesië:
'In gezonde bananenplanten vinden we goedaardige fusariumschimmels! We onderzoeken welke rol die hebben. Bij komkommer- en tomatenplanten onderdrukken deze goedaardige schimmels de ziekteverwekkende varianten. Is dat ook zo bij bananenplanten? Houden ze die ziekteverwekkende schimmels tegen, verwijderen ze die of nemen ze hun plaats in? Daar willen we achter komen. En ook: waarom zijn er eigenlijk goedaardige fusariumschimmels in de bananenplanten? Wat doen ze daar? Hebben de bananenplanten die misschien ergens voor nodig?
Misschien leidt dit onderzoek tot een manier om te voorkomen dat bananenplanten ziek worden, maar zover zijn we nog lang niet!'
Zijn er goedaardige fusariumschimmels in bananenplanten?
Bron: Kema & Van Rijn (2022)
Toelichting
Dit intermezzo is voor het verhaal van de les niet noodzakelijk, maar laat leerlingen wel nadenken. De vragen in de tekst zijn de vragen waar de onderzoeker mee bezig is. Ze laten zien waar wetenschappelijk onderzoek toe kan leiden.
Vraag
De Cavendish dreigt nu dus ook uit te sterven.
Wat kan jij / de wetenschap doen om te voorkomen dat dit basisvoedsel voor velen straks verdwenen is?
Toelichting
Mogelijke antwoorden:
- op zoek gaan naar andere bananen-variëteiten in het wild
- via biotechnologie proberen om Cavendish-bananen resistent te maken tegen verwelkingsziekte
- biologische bestrijdingsmiddelen zoeken die de schimmel aanpakken
- bananen minder in monocultures verbouwen maar samen met bijvoorbeeld koffie of andere gewassen
- nieuwe rassen maken
Werken aan een oplossing...
In Wageningen, bij het bedrijf Yelloway, is een nieuwe banaan ontwikkeld: de Yelloway One.
Yelloway One is het product van klassieke veredelingstechnieken (kruisen).
De plant is resistent tegen TR4 (variant van de schimmel die fusariumverwelkingsziekte veroorzaakt en hele plantages kan vernietigen), en grotendeels tegen Black Sigatoka (bladziekte die opbrengsten sterk vermindert).
Beide ziektes vormen een bedreiging voor de populaire Cavendish-banaan die wereldwijd wordt geëxporteerd.
Bron: Bananen - Black Sigatoka en Panama disease. (z.d.)
Deze slide heeft geen instructies
Vraag
De Yelloway One is bestand tegen twee beruchte bananenziektes. Aan welke eisen moet deze nieuwe banaan nog meer voldoen om de Cavendish te kunnen vervangen?
Mogelijke antwoorden
- moet eetbaar zijn
- moet onrijp geplukt kunnen worden en narijpen tijdens transport / moet niet te snel bruin worden
- zonder pitjes / steriel
- planten moeten kunnen groeien in gebieden waar nu ook bananen geteeld worden
- planten moeten niet duur zijn / boeren moeten voldoende inkomsten kunnen verkrijgen met dit nieuwe ras
- de Yelloway mag niet via genetische modificatie gemaakt zijn, omdat bepaalde markten (waaronder de Europese) dit (nog) niet toestaan)
- weinig bestrijdingsmiddelen nodig
- niet al te hoge eisen aan bodem / water / voedingsstoffen
Vraag
Hoeveel tijd kost het om zo'n nieuwe bananenvariant te ontwikkelen via 'gewone' kruisingstechnieken?
ongeveer 2 jaar
ongeveer 7 jaar
ongeveer 16 jaar
ongeveer 22 jaar
Deze slide heeft geen instructies
Waarom duurt het zo lang?
Bron: Chiquita et al. (2024)
Dat bananenproducent Chiquita een van de partners is, betekent niet dat andere bananentelers geen toegang krijgen tot dit soort nieuwe variëteiten: meerdere organisaties werken samen zodat de technologie breed beschikbaar is; de nieuwe rassen zijn geschikt voor lokale markten.
Deze slide heeft geen instructies
Werken aan een oplossing...
De doorbraak werd bereikt dankzij een samenwerking tussen Chiquita, KeyGene en MusaRadix en Wageningen University & Research. De betrokken deskundigen gebruikten een combinatie van traditionele kruisingstechnieken en moderne DNA-analysetechnologie om het proces van het ontwikkelen van resistente bananen te versnellen. Dit stelt hen in staat om sneller en efficiënter nieuwe variëteiten te selecteren op basis van gewenste eigenschappen, zoals resistentie tegen ziektes.
Bron: Bananen - Black Sigatoka en Panama disease. (z.d.)
DNA-technologie: CRISPR-Cas9
Bekijk de video om op te frissen hoe deze techniek werkt.
(gaat uit van genezing van ziektes bij de mens maar kan natuurlijk ook voor bananen gebruikt worden)
Toelichting
De Yelloway-One is ontwikkeld zonder CRISPR-Cas-technologie. Dat wil niet zeggen dat deze technologie in de toekomst niet gebruikt zal worden bij het ontwikkelen van nieuwe bananenrassen.
Vraag
Noem twee voordelen van het gebruik van CRISPR-Cas ten opzichte van het gebruik van traditionele kruisingstechnieken.
Antwoord
1. Met CRISPR-Cas kan veel preciezer in het DNA geknipt worden, zodat alleen het specifieke stukje DNA (bijv. verantwoordelijk voor resistentie tegen één van de ziektes) geknipt en geplakt kan worden. De rest van het DNA blijft onveranderd. Bij traditionele kruisingen gaat het altijd om veel grotere stukken DNA, zodat er altijd meerdere eigenschappen veranderen.
2. CRISPR-Cas gaat veel sneller. Bij kruisingen moet je eerst afwachten wat het resultaat is en dat duurt bij bananen best lang.
3. Uiteindelijk maakt dat CRISPR-Cas dan ook goedkoper en kansrijker.
Vraag
Wat zou het belangrijkste nadeel zijn van het gebruik van CRISPR-Cas om een nieuw bananenras te ontwikkelen?
Antwoord
Uiteindelijk creëer je met deze techniek een nieuwe 'Cavendish', tenminste als je hier weer monocultures mee vol plant.
Oefenen-I
Examen HAVO 2018:
Bananen!
Maak de opgaven
...en kijk dan pas naar de uitwerkingen
Toelichting
In twee examens is onderzoek naar bananen aan bod geweest. In de volgende dia's worden deze vragen weergegeven (HAVO 2018 en 2011) met daarna de antwoorden. Goed om mee te oefenen!
Uiteraard is overslaan ook een optie, want met deze oefenvragen past de les zeker niet binnen 1 lesuur. Dan is het misschien wel leuk om te laten zien dat dit soort onderwerpen (contexten) in examens voorkomen.
antwoorden-I
Deze slide heeft geen instructies
Oefenen-II
Examen HAVO 2011:
Bananen!
Maak de opgaven
...en kijk dan pas naar de uitwerkingen
Deze slide heeft geen instructies
antwoorden-II
Deze slide heeft geen instructies
Gefeliciteerd!
Na deze les...
...is je kennis over bananen sterk toegenomen.
...kun je uitleggen waardoor de banaan bedreigd wordt.
...kun je manieren noemen waarop geprobeerd wordt de banaan te redden van de ondergang.
...kun je de technieken die hierbij gebruikt worden uitleggen.
Deze slide heeft geen instructies
Geïnspireerd?
Vond je dit een leuke les? Dan is één van de volgende vervolgopleidingen misschien iets voor jou.
Deze slide heeft geen instructies
De makers van deze les willen graag weten wat je van de les vond. Ga daarvoor naar de (korte) vragenlijst. Heel veel dank!
Feedback gevraagd
Link naar vragenlijst voor leerlingen:
ut.onl/leerling4tu
De makers van deze les willen graag weten wat je van de les vond. Ga daarvoor naar de (korte) vragenlijst. Heel veel dank!
Feedback gevraagd
Vragenlijst voor docenten
Link naar vragenlijst voor docenten:
ut.onl/docent4tu
Deze slide heeft geen instructies
Bronnen
Bananen - Black Sigatoka en Panama disease. (z.d.). WUR. https://www.wur.nl/nl/onderzoek-resultaten/dossiers/dossier/bananenteelt.htm
Chiquita, KeyGene, MusaRadix, Wageningen University & Research, García-Bastidas, F., & Kema, G. (2024). Chiquita en Yelloway presenteren eerste resistente bananenplant Yelloway One. In Persbericht. https://www.keygene.com/wp-content/uploads/2024/09/pr-yelloway-one-nl-final.pdf
Voedingscentrum. (z.d.). Banaan. https://www.voedingscentrum.nl/encyclopedie/banaan.aspx#blokhoeveel-bananen-eten-we?
Kema, G., & Van Rijn, F. (2022). De banaan: De onbekende wereld achter ons favoriete fruit (Stichting Biowetenschappen en Maatschappij, Red.; 1ste editie). Lias.
Het bittere verhaal achter onze zoete bananen. (2022, 15 november). Quest. https://www.quest.nl/mens/voeding/a41819241/bittere-verhaal-achter-bananen/
Deze slide heeft geen instructies