Convergentie van de zandloper

Een recent onderzoek naar de embryologie van planten wijst uit dat ook planten, net als dieren, een fenomeen presenteren dat erop lijkt te wijzen dat de evolutie van het embryo een bepaalde wet volgt. Er is in dit onderzoek gekeken naar welke genen er afgeschreven worden gedurende de verschillende stadia van het embryo van de zandraket (Arabidopsis Thaliana), het laboratoriumplantje bij uitstek. Het blijkt dat er ook gedurende de ontwikkeling van de plant een zogenaamde zandloper te ontdekken valt.

Zandloper voor het rijk der dieren

Zandraket

In een eerder blogbericht werd de embryologie van verschillende dieren bekeken voor wat betreft de verschillende stadia. Men weet al langer dat de embryo’s van heel uiteenlopende dieren veel en zeker meer op elkaar lijken dan de volwassen vormen. Je zou verwachten dat de embryo’s in hun eerste stadia veel op elkaar lijken, maar dat is niet het geval. Voor wat betreft de morfologie blijkt er een soort zandloper te bestaan: de embryo’s lijken halverwege hun ontwikkeling het meest op elkaar. Daarvoor en daarna presenteren ze verschillen. Men heeft vervolgens kunnen aantonen dat deze verschillen en overeenkomsten zich ook laten zien in het transscriptoom, ofwel in het totaal aan afgelezen genen. Het bleek dat gedurende de stadia waarin de dieren morfologisch het meest verschillen, dus op het niveau van de ‘schouders’ van de zandloper, de afgelezen genen de meest ‘jonge’ genen waren op de evolutieschaal. Op niveau van het ‘middel’ werden de oudste genen afgelezen. Dus op niveau van het ‘middel’ lijken de embryo’s van de verschillende dieren niet alleen meer op elkaar, ook voor wat betreft de expressie van de genen komen ze overeen want de oudste genen lijken per definitie ook het meest op elkaar. Kortom , de zandloper in de embryologie wordt ook op moleculair niveau bevestigd.

Het is wel heel bijzonder dat hetzelfde lijkt te gebeuren in planten. Hoewel er geen vergelijking gemaakt kan worden voor wat betreft de morfologie blijkt door vergelijking van het transscriptoom van verwanten van de zandraket dat er ook hier sprake is van een zandloper. Het moet wel of deze zandloper is onafhankelijk van de dierenwereld geëvolueerd. De twee rijken zijn immers al van elkaar gesplitst voordat meercellige organismen zich begonnen te ontwikkelen. De auteurs benadrukken dat gedurende de ontwikkeling van het embryo de oude genen voortdurend actief zijn. Het zijn de jongere genen die aan het begin en het eind van de ontwikkeling actief worden. Misschien heeft het feit dat gedurende de eerste fase van het embryo jongere genen uitdrukt worden te maken met het feit dat zowel planten als dieren van het water naar het land zijn verhuisd en daar vaak verdere ontwikkelingen hebben ondergaan zoals het verschil in sporen en zaden of in visseneitjes, vogeleieren of interne eitjes. Ze moesten als het ware flexibel zijn en ontwikkelden nieuwe genen die het mogelijk maakten nieuwe omgevingen te exploreren.

Uit: Nature

 

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)