‘De varen is een echte DNA-hamsteraar’

Marysa van den Berg

02-09-2022 14:00:00

varen

Het genetische pakket van de varen is eindelijk ontrafeld. Deze oeroude plant blijkt een grote verzamelaar te zijn van het DNA van andere organismen.

De een spaart postzegels, de andere stripboeken. Een verzamelwoede komt onder mensen nogal eens voor. Maar wist je dat de varen er ook wat van kan? Deze plant heeft in elke celkern wel 720 paar chromosomen (elke menselijke cel heeft 23 chromosoomparen). De meeste zijn niet van hemzelf en heeft hij in de loop der miljoenen jaren verzameld uit zijn omgeving. Dat lijkt de (voorzichtige) conclusie uit een groot onderzoek, geleidt door het Florida Museum of Natural History, naar het genoom (het gehele genenpakket) van de varen. De studie is beschreven in Nature Plants.

Lees ook:

Geen schoonmaak

Al langer was bekend dat varens een enorme hoeveelheid DNA bezitten. De populairste verklaring hiervoor is dat er in celkern van de plant volop chromosoom-duplicatie plaatsvindt. Bij dit proces worden chromosomen gekopieerd en doorgegeven aan dochtercellen tijdens de celdeling.

Dat extra genetische materiaal kan handig zijn voor de evolutie van nieuwe eigenschappen. Wetenschappers denken dat dit proces ook een grote rol heeft gespeeld bij bijvoorbeeld het ontstaan van huidige gewassen. Maar zo’n groot genoom onderhouden kost ook energie en dus wordt regelmatig de overtollige ballast overboord gegooid. De varen vertikt dit te doen. Waarom?

Het huidige onderzoeksteam hoopt nu een stapje dichter te komen bij het beantwoorden van die vraag. In acht jaar tijd en met de hulp van tientallen onderzoekers van 28 instituten over de hele wereld is nu het genoom bepaald van de varen Ceratopsis richardii, een vertegenwoordiger van spoorvormende varens die 99 procent van alle varensoorten vormen. Het genoom bestond uit maar liefst 7,46 gigabyte aan data (dubbel zoveel al het menselijk genoom).

Springende genen

Als de C. richardii zijn DNA verkreeg door middel van duplicatie zouden veel van de chromosoomparen van de plant identiek zijn. Dit bleek niet het geval. In plaats daarvan vonden de onderzoekers een mix van zich herhalende sequenties en miljoenen DNA-stukjes die ook wel ‘springende genen’ worden genoemd.

Deze jumping genes wisselen regelmatig van plaats binnen een genoom. Ze besloegen wel 85 procent van het totale varen-genoom. Het onderzoeksteam denkt nu dat deze stukjes DNA in de loop der miljoenen jaren zijn verzameld uit micro-organismen die in de buurt kwamen van de varen.

Bacterieel vergif

Een voorbeeld van zo’n ‘diefstal’ bleek de overname van een bacterieel defensiegen. Dit gen codeert voor een gif dat gaten maakt in het celmembraan van de aanvaller. Die cel stroomt vervolgens vol met water, waardoor deze opzwelt, openbarst en het loodje legt. Mogelijk heeft de C. richardii dit gen weten te vergaren door contact met een bacterie die de plant aanviel en verwondde.

Bijzonder ook is dat het tot uiting komen van het gen verschilt binnenin de plant. Sommige van de gifgenen zagen de onderzoekers alleen in de stengel en wortel, andere juist in de bladeren. Helaas bleek het nog niet mogelijk na te gaan waar de plant het gif precies voor gebruikt.

Vervolgonderzoeken

“Heel interessant dat genetisch materiaal op veel meer manieren kan worden doorgegeven dan door de standaard voortplanting”, geeft plantdeskundige Gerda van Uffelen van Hortus Botanicus van de Universiteit Leiden aan. “Het is voor varen-onderzoekers fijn dat nu de complete genomen van een aantal varensoorten geanalyseerd is. Ook is het mooi dat het potentieel in varens met betrekking tot inhoudsstoffen (het bacteriële gif, red.) nu eindelijk eens in het zonnetje wordt gezet.”

Volgens het onderzoeksteam is deze ontdekking de eerste stap naar een lange reeks van vervolgonderzoeken, van meer genoom-analyses tot de ontwikkeling van biopesticiden en conservatie-strategieën. Sommige varens staan namelijk op de lijst van bedreigde plantensoorten.

Bronnen: Nature Plants, Florida Museum of Natural History

Beeld: Forest en Kim Starr/CC-BY-SA 3.0 US

Ben je geïnteresseerd in de wereld van wetenschap & technologie en wil je hier graag meer over lezen? Word dan lid van KIJK! 



Podcast KIJK en luister via JUKE






Meer Nieuws