Erfelijkheid in de Teunisbloem

Teunisbloem uit eigen tuin

Aangezien in de tuin de Grote Teunisbloem erg mooi staat te bloeien, dacht ik aan de experimenten van de Nederlandse bioloog-botanicus Hugo de Vries (1848-1935). Hij gebruikte Oenothera Lamarckiana (dezelfde soort als Oenothera glazioviana) ofwel de Grote Teunisbloem. Er wordt door Peter W. van der Pas beschreven hoe de Vries in 1886 deze bloem vindt bij Hilversum op een braakliggend terrein. Hij deed vervolgens een uitgebreide historische studie naar de oorsprong van de plant. De bloem had zijn naam te danken aan de Franse botanicus Nicolas-Charles Seringe die hem benoemde naar de beroemde bioloog Lamarck.

Meiose vindt plaats in de toekomstige geslachtscellen. Gedurende de meiose ligt elk paar chromosomen langs elkaar. Zo kan er crossing over plaatsvinden waardoor het genetisch materiaal van de ouders gemengd wordt vlak voordat zich de reducerende deling voordoet om de haploide geslachtscellen te vormen.

De Vries werkte met Oenothera Lamarckiana en was op zoek naar de door Darwin voorspelde veranderingen gedurende de evolutie van soorten. Hij was er van overtuigd dat de vorming van nieuwe soorten afhing van veranderingen ofwel mutatie in de ‘pangenen’, een begrip dat wel wat lijkt op wat we tegenwoordig mutatie van genen noemen.

Hij zag na een kruisbestuiving van O. Lamarckiana met een andere soort Oenothera dat er nieuwe soorten ontstonden die hun kenmerken ook na meerdere generaties nog bezaten. Waren dit wel echte nieuwe soorten ? Of waren het variëteiten die onderling nog gekruist konden worden. Het bleek dat Oenothera een vrij bijzondere wijze van voortplanten had:

Er doet zich praktisch geen crossing over voor omdat de chromosomen bij hun uiteinden gepaard liggen in plaats van bij het centromeer. Zij vormen zodoende een aaneengeschakelde ring. Dit betekent dat er geen uitwisseling is van de ouderlijke genen voorafgaand aan de reducerende deling. Maar vooral dat de verschillende chromosomen samen segregeren, die van vader gaan één kant op en die van moeder de andere kant op. Er is geen uitwisseling. Deze twee chromosomale complexen werden ‘gaudens’ en ‘valens’ genoemd. Er is vervolgens gebleken dat twee dezelfde complexen letaal zijn (gg, vv) alleen de hybriden zijn levensvatbaar (gv en vg); 50 % van de zaden ontkiemt niet. Oenothera is dus een permanente hybride. Wordt hij gekruist met een andere O. dan geldt ook hier dat alleen de hybriden levensvatbaar zijn.

Met zijn experimenten verkreeg hij nieuwe varianten en soorten. O. gigas bijvoorbeeld had het dubbele aantal chromosomen (28 in plaats van 14). Hij ging daarbij natuurlijk af op de uiterlijke kenmerken, het aantal chromosomen werd pas later bekend. Hij nam aan dat het hierbij om mutaties ging en in zekere zin zijn planten met verdubbelde genomen dat ook. Maar de mutatie zoals door Darwin bedoeld werd, oneindig kleine erfelijke modificatie, die ook nu nog zo beschouwd wordt, was in deze planten niet aanwezig. Hij heeft zijn theorie dus gebaseerd op een verkeerd experiment. Hij dacht pure variëteiten of zelfs soorten te hebben gevonden terwijl het om hybriden ging.

Oenothera bleek dus ook een uiterst slecht model te zijn om de theorie van Mendel te ondersteunen. Er werden geen genen uitgewisseld en er was geen segregatie van afzonderlijke chromosomen. Er was dus ook geen sprake van dominante en recessieve genen. Maar zijn intuïtie was juist: zijn theorie was en is nog steeds waardevol want de echte mutaties van genen die niet lang daarna gevonden zijn in het fruitvliegje bijvoorbeeld gedroegen zich geheel volgens de mutatietheorie van de Vries.

Uit: Encyclopedia.com; Historici.nl

Mimicry en hybridisatie in Heliconius

Een nieuw onderzoek op het vlindergeslacht Heliconius laat zien dat verwante soorten in staat zijn genen uit te wisselen door hybridisatie. Vooral bij dieren leidt hybridisatie vaak tot steriele nakomelingen, oftewel nakomelingen met een fitness van nul. De verwante vlindersoorten bezitten genen die beslissend zijn voor het vleugelpatroon. Zowel de vleugelpatronen als de genen zijn in al de bestudeerde soorten hetzelfde. Deze vlinders zien er dan ook hetzelfde uit. Ze concluderen daaruit dat er hybridisatie heeft plaatsgevonden.

Heliconius melpomene (van Wikipedia)

Vlinders of eigenlijk dagvlinders stammen af van nachtvlinders of motten. Dat wil zeggen dat ze hun gedrag veranderd hebben en overdag actief geworden zijn. De nachtvlinders hebben ogen die gevoelig zijn voor UV-licht en blauw licht. De dagvlinders zijn nog gevoeliger voor UV-licht omdat ze in bezit zijn van een duplicaat van het gen opsine. Men verwachtte daarom dat de dagvlinders minder chemosensitief zouden zijn aangezien hun ogen gevoeliger waren. Het tegendeel blijkt waar. Na de complete sequentie van het genoom van Heliconius te hebben vastgesteld zag men dat deze vlinders de meeste genen hebben voor smaak en geur van alle insecten. De organen voor de geur bevinden zich in de antennes en de organen voor smaak in de voetjes.

In een eerder blogbericht wordt beschreven hoe het gen optix, dat verantwoordelijk is voor de rode schakeringen in de vleugels hetzelfde is in de verschillende Heliconius soorten. In dat geval kwam men tot de conclusie dat het moest gaan om convergentie of homologie.

Het huidige onderzoek werd gedaan op verschillende soorten van Heliconius: H. melpomene, H. timareta en H. elevatus en men keek daarentegen naar meerdere genen die betrokken zijn bij het vleugelpatroon. Dat het vleugelpatroon en de kleurschakeringen hetzelfde zijn in de drie soorten die bestudeerd werden betekent dat de vlinders er hetzelfde uitzien. Dit heeft te maken met Mulleriaanse mimicry. De vlinders ‘doen elkaar na’ om zich te beschermen tegen mogelijke roofdieren. Het visuele aspect van de vlinders die allemaal slecht smaken schrikt in het vervolg de roofdieren af, die leren deze vlinders met rust te laten. Maar in plaats van steeds opnieuw de juiste genen uit te vinden voor deze patronen in de drie verschillende soorten is het blijkbaar mogelijk door hybridisatie de juiste genen in één keer te verkrijgen. Hybriden paren zo nu en dan met voorouderlijke soorten en verspreiden op die manier nieuwe genen in oudere populaties die zich daardoor beter aanpassen aan een veranderde omgeving.

Uit Nature (open access): zie ook de mooie illustraties daar.