Tekst: Steven Driessen en Dirk-Jan Zom. Beeld: Rick van de Zedde -WUR.
‘Met de faciliteiten van NPEC kunnen onderzoekers meten hoe een plant groeit en hoe een ras zich ontwikkelt in een bepaalde omgeving’, vertelt projectmanager Rick van der Zedde. ‘Door klimaatverandering zie je dat de klimaatzones opschuiven. Daarom is het belangrijk om verschillende omstandigheden te kunnen nabootsen en te kijken wat het effect daarvan is op planten.’
In de kas en op het veld
Naast het maatschappelijk belang van voedselzekerheid had het team van onderzoekers van Wageningen University & Research en Universiteit Utrecht ook de wetenschapper voor ogen bij de totstandkoming van NPEC. ‘Nederland heeft een leidende positie in plantenonderzoek in de wereld’, vertelt Van der Zedde. ‘Wij vonden dat onderzoekers op een te kleine schaal metingen moesten doen en werden beperkt door de handmatige meetmethodes in de kas en op het veld. Daarom wilden we een infrastructuur ontwikkelen om veel grootschaliger, sneller en nauwkeuriger data te kunnen verzamelen. Geef de brainpower de tools.’ In 2018 kreeg het onderzoeksvoorstel ruim elf miljoen euro toegekend vanuit de Nationale Roadmap Grootschalige Wetenschappelijke Infrastructuur en kon de bouw van de faciliteiten van start gaan. De universiteiten werkten nauw samen om zowel in Utrecht als Wageningen drie verschillende modules te bouwen, die elk van andere klimaatomstandigheden – denk aan temperatuur, licht en water – het effect op planten meten. Afgelopen september werd NPEC opgeleverd.
Niet-destructieve metingen
Zowel de schaalgrootte als clustering in modules maakt de moderne faciliteiten van NPEC uniek. Wetenschappers kunnen verschillende soorten plantenonderzoek op dezelfde locatie uitvoeren. In Utrecht bestuderen onderzoekers bijvoorbeeld planten in ‘ecotrons’, langwerpige capsules die de plant volledig afgesloten blootstellen aan een ander ecosysteem. In andere modules wordt de wortelstructuur blootgesteld aan micro-organismen en worden met 3D-lasers verschillende condities van fotosynthese gegenereerd. In de Wageningse groeikamers van de klimaatruimte kunnen onderzoekers wel duizenden planten tegelijkertijd in één experiment analyseren en in het kassencomplex worden planten op een lopende band automatisch aan allerlei verschillende omstandigheden blootgesteld. ‘De samenwerking tussen de verschillende modules is erg belangrijk’, legt Van der Zedde uit. ‘In de klimaatruimte en het kassencomplex meten we hoe bepaalde rassen zich gedragen in een gecontroleerde experimentele omgeving. Maar uiteindelijk groeien veel gewassen toch op een veld. De simulaties die we in de klimaatruimte en kassen doen, wil je ook testen onder echte omstandigheden.’ Dat doen ze met de TraitSeeker, een groot verrijdbaar voertuig dat grootschalige en niet destructieve metingen doet van planten op het veld, aangevuld met observaties van drones. ‘Maar we sturen onze apparaten ook naar andere klimaatzones in Europa, om te kijken of rassen die in onze simulaties goed presteren onder hitte dit bijvoorbeeld ook in de Spaanse buitenlucht bewijzen.’
Data-interpretatie verbeteren
De infrastructuur van NPEC brengt ook uitdagingen met zich mee. Van de Zedde: ‘Wij merken dat de onderzoekers vaak data affiniteit missen. De metingen bij NPEC genereren een ander type data dan in de plantenwetenschap gebruikelijk was en zijn ook veel grootschaliger. Het wordt daarom steeds belangrijker dat onderzoekers zich bekwamen in het analyseren van grote hoeveelheden data, om het maximale uit de faciliteiten te halen. NPEC leert ons dus ook dat er een ander type plantenwetenschapper nodig is.’ De komende jaren richt het onderzoeksteam zich daarom vooral op het verbeteren van de data-interpretatie. Ze bieden data stewards aan en hebben een software library met slimme tools die de onderzoeker kunnen helpen. ‘Daar zie ik ook kansen in de samenwerking met andere grote onderzoeksfaciliteiten uit de Roadmap, die met dezelfde problematiek kampen. Het maakt immers niet zo veel uit of je een plant meet of een ster. Grootschalige dataverzameling is niet meer de uitdaging. Het verkrijgen van de optimale inzichten uit die verzameling, daar bevindt zich het perspectief en daar liggen de kansen.’
Tomaten onder stress
Lucas Schmitz (Wageningen University & Research) voerde zijn promotieonderzoek uit met behulp van het kassencomplex van NPEC en is inmiddels facility manager van diezelfde kassen.
‘Ik heb onderzoek gedaan naar de vraag of bepaalde bacteriën in de voedgrond bescherming kunnen bieden aan tomatenplanten wanneer deze worden blootgesteld aan zoutstress. De uitvoering van de experimenten ging in het begin heel moeizaam, omdat ik een nauwkeurige manier moest vinden om de groei van een groot aantal tomatenplanten te meten. Normaal gesproken voeren we dit soort experimenten met de hand uit, wat zowel de schaal als de nauwkeurigheid van de resultaten beperkt. NPEC bood mij een uitweg. In het kassencomplex kon ik binnen een maand het experimenteel werk verrichten, zonder in te leveren op kwaliteit. Dat zou me normaal gesproken een jaar hebben gekost. Sterker nog, de data die ik via NPEC kon ophalen, boden me inzichten die ik anders niet zou hebben gekregen. Omdat alle condities, metingen en instellingen worden bijgehouden, ontstaat ook de mogelijkheid experimenten op een reproduceerbare manier uit te voeren. Dat is waar NPEC voor mij voor staat: het niveau van de plantenwetenschappen als geheel verhogen. De ontdekkingen moeten zo snel mogelijk in de maatschappij belanden, waar ze hard nodig zijn.’
Ontdekkingsreis door data
Perspectief-consortium LettuceKnow onderzoekt onder leiding van Guido van den Ackerveken (Universiteit Utrecht), hoe gewassen als sla beter bestendig worden tegen klimaatverandering of ziektes.
‘In de zomer van 2021 hebben we in een veldproef met de NPEC veldrobot (de TraitSeeker) en -drone vierhonderd verschillende slalijnen op uiterlijke kenmerken bestudeerd. Die lieten we in plots van dertig planten per lijn groeien, in twee herhalingen. De capaciteit van de apparatuur is van grote waarde. Op één dag hebben we 28.000 planten gemeten. Ongekend, dat haal je niet handmatig. Zelfs niet met een busje vol gemotiveerde onderzoekers. De apparatuur meet op golflengtes die wij zelf niet kunnen waarnemen. Dat geeft informatie over bijvoorbeeld de hoeveelheid water, cellulose, metabolieten en pigmenten, waarmee een beeld van de conditie van de plant ontstaat. Door het grote aantal herhalingen krijgen we statistisch betrouwbare metingen. We hebben het geluk dat we met Basten Snoek een bio-informaticus en data-specialist in ons team hebben, want er zit nog wel een enorme stap tussen het meten en kunnen gebruiken van de data. Het is niet zo dat we nu NPEC hebben en meteen alles kunnen. Het is een ontdekkingsreis door de data en het is aan ons onderzoekers om er het maximale uit te halen. We maken de stap van door mensen gescoorde fenotypering naar robuuste dataverzamelingen op een niveau waarop je heel specifiek complexe eigenschappen in kaart kunt brengen en benutten.
