Meer genen, meer bloemen

Een uitgebreide genetische analyse van meer dan 12 soorten planten laat zien dat er twee grote evolutionaire sprongen gemaakt zijn in de wereld van de landplanten. Deze studie van Claude dePamphilis en vele medewerkers toont aan dat er 320 miljoen jaar geleden duplicatie van het genoom plaatsvond in de voorouder van de zaadplanten. De oudst aangetoonde genoomduplicatie tot nu toe was van 135 miljoen jaar geleden.

Duplicatie van het genoom leidt tot polyploīdie, een fenomeen dat bijna de regel is in de huidige plantenwereld. In de dierenwereld bezitten de cellen meestal een diploïde genoom, dat wil zeggen dat er zich van elk chromosoom twee kopieën in de celkern bevinden

Soortvorming door polyploidie

die van vader en moeder geërfd zijn. Bij planten kan dit genoom triploīde, tetraploīde of zelfs meer zijn. In dat geval zijn er resp. drie, vier of meer kopieën van de chromosomen aanwezig. De chromosomen zijn de dragers van de genen. Drie of vier van dezelfde chromosomen betekent ook drie of vier van dezelfde genen. Meerdere genen maakt het van evolutionair oogpunt uit gezien makkelijker te experimenteren met nieuwe functies. Als één gen muteert, dan zijn er nog twee of drie ‘goede’ kopieën over die de oude functie waarborgen. Meerdere genen zijn daardoor vrij te muteren en eventueel nieuwe functies te verkrijgen.

Verdubbeling van chromosomen kan voorkomen wanneer de celdeling verstoord wordt; de kopieën verdelen zich dan niet goed tussen de twee nieuwe cellen. Dit kan kunstmatig veroorzaakt worden bijvoorbeeld door de stof colchicine. De chromosomen verdubbelen zich wel, zoals altijd voorafgaand aan de celdeling, maar de cel deelt zich niet. Zo ontstaat er een tetraploīde cel bijvoorbeeld.

Er werden vele planten op dubbele genen onderzocht, zoals de bloemenproducerende rijst en sorgo (eenzaadlobbigen), papaya en

Amborella

komkommer (tweezaadlobbigen), een mos en een Lycopodiophyta, maar ook vroeg ontstane planten zoals waterlelies en de primitieve Amborella. Zij onderzochten ook de eerste zaadplanten zonder bloemen zoals coniferen, palmvarens en de ginkgo biloba. De studie concludeert dat één duplicatie 200 miljoen jaar plaatsvond, net voor de splitsing van een- en tweezaadlobbigen en dat de andere duplicatie 320 miljoen jaar geleden plaatsvond in de voorouder van de zaadplanten. De duplicatie van deze genomen maakte het ontstaan mogelijk van duizenden nieuwe genen die tot een enorme omwenteling hebben geleid. Deze omwenteling is van groot belang geweest voor het enorme succes van de bedektzadigen (angiospermae).

Uit Physorg.com, Nature, ScienceNow

Genduplicatie (VKblog)

Omdat het waarschijnlijk is dat het Vkblog per 1 Maart gaat sluiten heb ik op WordPress een nieuw bericht geplaatst. Het kan hier gelezen worden.

 

Met vriendelijke groet,

Genduplicatie

Een recent onderzoek toont aan dat het antivriesgen in een Antarctische vis (de puitaal) voortkomt uit de duplicatie van een gen voor een enzyme dat siaalzuur produceert (SAS), een stof die eiwitten beschermt tegen proteasen. Ook in planten is genduplicatie aangetoond.

Genduplicatie is een belangrijk evolutionair mechanisme dat aan de basis staat van het ontstaan van nieuwe genetische functies. Susumo Ohno schreef er een boek over met de

Genduplicatie uit Wikipedia

titel Evolution by gene duplication (1970). Genduplicatie kan een gevolg zijn van een fout in homologe recombinatie, een fenomeen dat gedurende de meiose en tijdens de reparatie van DNA kan plaatsvinden. Gedurende meiose worden gedeelten van homologe chromosomen uitgewisseld. Is deze uitwisseling niet geheel wederzijds dan kunnen deze chromosomen een heel nieuw gen of gencluster erbij krijgen. Hetzelfde kan zich ook voordoen tijdens reparatie van DNA, waarbij de intacte kopie van het homologe chromosoom als sjabloon dient voor de reparatie van het defecte chromosoom. Ook hier geldt dat wanneer er daarbij iets fout gaat er genduplicaties kunnen ontstaan. Dit mechanisme van genduplicatie is het gevolg van een fout, maar aangezien het verantwoordelijk is voor een zeer belangrijk aspect van de ontwikkeling van het genoom moet het als een volwaardig mechanisme van evolutie beschouwd worden. De nieuwe kopie is nu vrij te muteren zonder dat de oude functie van de originele kopie verloren gaat.

Puitaal

De studie van genduplicatie bij de puitaal laat zien dat het antivriesgen (AFPIII) evolueerde uit een SAS-gen dat als gevolg van genduplicatie in twee kopieën aanwezig was. Dit bevrijdde de kopie uit het adaptieve conflict. Dit conflict doet zich voor wanneer een gen door mutatie een nieuwe functie erbij krijgt en de oude, misschien wel essentiële functie dreigt te verliezen. Wordt het muterende gen daarentegen gedupliceerd dan kan één van de twee kopieën de nieuwe functie ontwikkelen. Het SAS-gen heeft zowel een enzymatische als antivriesfunctie, maar wordt niet door de cel uitgescheiden. Een extra peptide in het eiwit dat door het AFPIII-gen geproduceerd wordt, zorgt ervoor dat dit antivries-eiwit ook in het bloed en in de extracellulaire vloeistof terecht komt.

Ook in planten werd een analoog geval van genduplicatie ontdekt. De onderzoekers baseren zich daarbij op syntenie: eventuele genduplicaties bevinden zich in hetzelfde

grote leeuwenbek

gebied van een chromosoom. Twee genen respectievelijk het AGAMOUS (AG) gen van de zandraket Arabidopsis thaliana en het PLENA (PLE) gen van de grote leeuwenbek, Antirrhinum majus hebben een analoge functie. Muteren deze genen dan worden meeldraden en stampers vervangen door bloembladen en kelkbladen en vormen zich dubbele bloemen. Analyse van de syntenie toont aan dat deze twee genen voortkomen uit een genduplicatie die zich 125 miljoen jaar geleden voordeed.

Uit: PNAS, Wikipedia, Physorg.com (antivries), Physorg.com (planten)