Wageningen, The Netherlands
March 14, 2022
Brussels sprouts and cauliflowers look nothing alike. Despite this, botanically, they are the same species: Brassica oleracea. And their ancestor grows on the rocky coasts of England and France: the wild cabbage. However, the types of cabbage we eat today did not originate from England or France at all, but from 4,000 kilometres away. How is this possible?
The answer is not just interesting for historians, but for agriculturalists too, who, due to climate change, are working on creating sustainable and resilient crops that are better able to withstand drought and heat.
A lot of variation
Guusje Bonnema, Plant Breeding researcher at Wageningen University & Research, can be rightly called a ‘Brassica specialist’. She has been working with cabbages for more than 20 years. “Their diversity is fascinating. With tomatoes, there are big ones and small ones, but you always eat the fruit. With cabbages, you can eat the leaves (kale, head cabbage), the stalks (kohlrabi), the axillary buds (Brussels sprouts) or the flowers (cauliflower, broccoli). Earlier, we researched how this huge variation could have come about. But that still did not answer the question of where it happened.”
In an article in the scientific journal Horticulture Research , PhD student Chengcheng Cai and Bonnema, together with colleagues from Wageningen University & Research, describe their search. “It was only possible because we managed to collect an unprecedented number of accessions from all different Brassica oleracea vegetables; modern hybrid varieties and old land races from gene banks from all over the world,” says Bonnema.
It took a lot of effort to gather all of the varieties, but it turned out to be a gold mine. The researchers made DNA fingerprints (a kind of barcode) and were able to use markers to estimate the relationships between the different varieties.
Tin trading
There were two steps to domestication (turning a wild plant into a cultivated one). “Greek and Roman writers mentioned these Brassica vegetables as far back as 400 BC. They described very diverse kale like varieties, probably like curly kale and palm cabbage but also described already very large cabbages,” she says.
After the first step in domestication in Western Europe, the second took place in the Middle East. The genetic research shows that these old, kale-like plants from Western Europe played a role. But how did they get there?
To respond to climate change, we need varieties that can better withstand hot summers in the field
Guusje Bonnema
Bonnema: “It is highly likely that the tin trade played a large part. Tin was mined in Cornwall and Galicia and brought to the Middle East by ship around 2500 BC. The boatmen took vegetables and seeds with them for the journey.”
This is how early kale varieties ended up in the Middle East. It is likely that both head cabbages and cauliflowers were selected from those first leafy kale crops. Spontaneous crossbreeding with other wild local Brassica varieties may have played a role too. These old varieties developed into modern cabbages. “So our current cabbages all come from there,” she says.
Climate change
Why is it important to know all this? “We see that genetic variation in modern hybrid varieties is not that substantial, while the variation in the gene banks is much greater. If a plant breeder is looking for new crop characteristics, it is best to start here. In Turkey, Syria and Lebanon - where our cabbages originated from - many land varieties with a great deal of diversity still exist. These are countries with warmer and drier climates. To respond to climate change, we need varieties that can better withstand hot summers in the field. Now you can look more specifically at where to get these characteristics from,” says Bonnema.
The strange case of cauliflower
There have been numerous interesting insights during the research. For example, the cauliflower turned out to be a strange case: it is an inflorescence that no longer blossoms, but continues to grow.
All varieties of cauliflowers are very similar; there is very little genetic variation
Guusje Bonnema
“A whole series of mutations were necessary for this particular form. It was kind of a genetic bottleneck the species passed through. As a result, all varieties of cauliflowers are very similar; there is very little genetic variation. But the genetic distance to other Brassica oleracea vegetables is still very large. Every other vegetable (cabbage, kohlrabi etc) has more in common with the wild cabbage than with the cauliflower,” she says.
Horticulture Research article
Onze kolen zijn ontstaan in het Midden-Oosten (en dat is met het opwarmende klimaat een meevaller)
Een spruitje en een bloemkool lijken totaal niet op elkaar. Toch is het botanisch gezien dezelfde soort: Brassica oleracea. En op de kustrotsen van Engeland en Frankrijk groeit hun voorouder, de wilde kool. Toch zijn de koolsoorten die we nu eten, helemaal niet in Engeland of Frankrijk ontstaan, maar vierduizend kilometer verderop. Hoe komt dat?
Het antwoord is niet alleen interessant uit historisch oogpunt maar vooral ook voor veredelaars die vanwege klimaatverandering werken aan duurzame en weerbare gewassen die beter tegen droogte en warmte kunnen.
Grote variatie
Guusje Bonnema, veredelingsonderzoeker bij Wageningen University & Research, kan met recht Brassica-specialist genoemd worden. Ze houdt zich al meer dan twintig jaar bezig met de koolgewassen. “Het is fascinerend dat ze zo divers zijn. Bij tomaat heb je grote en kleine, maar je eet altijd de vrucht. Bij kolen eet je het blad (boerenkool, sluitkool), de stengel (koolrabi), de okselknoppen (spruitjes) of het bloemgestel (bloemkool, broccoli). Eerder hebben we uitgezocht hoe die grote variatie kon ontstaan. Maar daarmee was nog niet de vraag beantwoord wáár dat is gebeurd.”
In een artikel in het wetenschappelijke tijdschrift Horticulture Research beschrijven onderzoeker Chengcheng Cai en zij, samen met collega’s van Wageningen University & Research, de zoektocht. “Die was alleen mogelijk omdat we erin geslaagd zijn ongekend veel rassen te verzamelen van alle cultuursoorten. Moderne hybride rassen en oude landrassen uit genenbanken”, vertelt Bonnema.
Het kostte veel moeite om die te verwerven, maar vervolgens was het een goudmijn. De onderzoekers hebben DNA-fingerprints gemaakt (een soort barcode) en konden aan de hand van merkers inschatten hoe de verwantschap tussen de verschillende rassen in elkaar zit.
Tinhandel
Eigenlijk zijn er twee stappen van domesticatie (van een wilde plant een cultuurplant maken) geweest. “Griekse en Romeinse schrijvers noemen deze groenten al vanaf 400 voor Christus. Ze benadrukken dat er verschillende soorten bestaan, allemaal bladgewassen - waarschijnlijk zoals boerenkool en palmkool - maar die noemen ze ook al kolen”, vertelt ze.
Na de eerste domesticatiestap in West-Europa volgde de tweede stap in het Midden-Oosten. Uit het genetische onderzoek blijkt dat die oude boerenkoolachtigen uit West-Europa daarbij een rol speelden. Maar hoe kwamen ze daar?
Om in te spelen op klimaatverandering heb je rassen nodig die op het veld beter bestand zijn tegen een hete zomer
Guusje Bonnema
Bonnema: “Het is zeer waarschijnlijk dat de handel in tin daar een grote rol bij gespeeld heeft. Tin werd gedolven in Cornwall en Galicië en rond 2500 voor Christus per schip naar het Midden-Oosten gebracht. De schippers namen groenten mee voor onderweg maar ook zaden.”
Zo kwamen de prille koolsoorten in het Midden-Oosten terecht. Het is waarschijnlijk dat vanuit die eerste bladgewassen zowel de sluitkolen als de bloemkolen zijn geselecteerd. Spontane kruisingen met andere wilde plaatselijke Brassica-soorten hebben daarbij wellicht een rol gespeeld. Die oude selecties ontwikkelden zich tot de moderne koolsoorten. “Onze huidige kolen komen dus allemaal daar vandaan”, zegt ze.
Klimaatverandering
Waarom is het belangrijk om dit te weten? “We zien dat de genetische variatie in de moderne hybride rassen niet zo groot is, terwijl de rassen uit de genenbanken veel diverser zijn. Als de veredelaar nieuwe gewaseigenschappen zoekt, kan hij dus het beste daar beginnen. In Turkije, Syrië en Libanon – dus het oorsprongsgebied van onze kolen – bestaan nog veel landrassen met grote diversiteit. Dat zijn landen met een warmer en droger klimaat. Om in te spelen op klimaatverandering heb je rassen nodig die op het veld beter bestand zijn tegen een hete zomer. Nu kun je gerichter zoeken waar je die eigenschappen vandaan kunt halen”, vertelt Bonnema.
Het rare geval bloemkool
In de zijlijn van het onderzoek komen tal van interessante inzichten naar boven. Bijvoorbeeld over het rare geval bloemkool: in feite een bloemgestel dat geen bloemen meer maakt, maar wel doorgroeit.
Alle bloemkoolrassen lijken sterk op elkaar – er is heel weinig genetische variatie
Guusje Bonnema
“Voor die bijzondere vorm was een hele reeks mutaties nodig. Het was een soort genetische bottleneck waar de soort doorheen is gegaan. Gevolg is dat alle bloemkoolrassen sterk op elkaar lijken – er is heel weinig genetische variatie. Maar de genetische afstand tot andere koolsoorten is juist heel groot. Alle andere kolen verschillen zelfs minder van de wilde kool dan van bloemkool”, zegt ze.
Horticulture Research article
Topics
Species
