De grijze mosterd, een wilde verwant van kool, heeft een extreem goede fotosynthese. Dat komt, ontdekte onderzoeker van de WUR René Boesten in zijn promotieonderzoek, omdat dit plantje stukjes DNA heeft gekopieerd die de fotosynthese regelen.
Planten kunnen zich aanpassen aan extreme omstandigheden door stukken DNA te kopiëren of weg te gooien. Plantenonderzoekers noemen dit copy number variation: de variatie van het aantal DNA-kopieën in een genoom. Soms gaat het om hele kleine stukjes DNA van vijftig baseparen, maar soms krijgen honderden genen een kopie.
Meer kopieën van fotosynthese-genen
Boesten onderzocht de grijze mosterd, een wilde verwant van brassica, oftewel kool. Dit onkruid komt oorspronkelijk uit het Middellandse Zeegebied, maar is zich rap aan het verspreiden in Europa, omdat het een extreem goede fotosynthese heeft ten opzichte van andere planten. Ook heeft dit plantje een hoge lichttolerantie: bij de meeste planten schakelt de fotosynthese uit bij felle zon, maar de grijze mosterd blijft gewoon zonlicht omzetten in suikers.
Toen Boesten het genoom van de grijze mosterd vergeleek met dat van andere brassica-soorten, ontdekte hij dat grijze mosterd meer kopieën had van genen die de fotosynthese aansturen. Toen hij de verschillende brassica's in het lab testte, met veel en weinig licht, zag hij inderdaad dat de betreffende genen in grijze mosterd veel actiever waren en de plant bleef doorgroeien onder hoge lichtintensiteit. Vervolgonderzoek moet nu uitwijzen of de gunstige eigenschap van grijze mosterd kan worden overgezet in andere koolsoorten.
Evolutionair voordeel
Copy number variation komt veel vaker voor bij planten. Het meest bekende voorbeeld ontstond toen boeren Round-Up gingen spuiten tegen onkruid. Het onkruid ging eerst allemaal dood, maar al snel ontstond er bij meerdere plantensoorten tolerantie tegen glyfosaat, het werkzame middel in Round-Up. Deze soorten hadden eerst één kopie van gen X dat een eiwit aanmaakt ten behoeve van groei. Het glyfosaat bindt aan dit eiwit, waardoor de plant geen voor de groei benodigde aminozuren meer kon maken en dood ging. De maker van Round-Up had eerst de gewassen – soja, mais en aardappel – zo aangepast dat het glyfosaat niet aan deze eiwitten konden binden, waardoor deze gewassen wel overleefden.
Maar binnen tien jaar ontstonden de eerste resistente planten tegen Round-Up. Meerdere soorten vermenigvuldigden het bewuste gen X, soms wel ruim honderd kopieën, zodat de plant veel meer eiwitten ging maken. Als gevolg neutraliseerde het glyfosaat maar een deel van de groei-eiwitten en overleefde het onkruid.
Boesten: "Planten kunnen zich aanpassen aan stressfactoren in de omgeving door veel meer van bepaalde stofjes aan te maken – of een stofje niet meer te maken. Hoe groter de kopie die verdubbelt, hoe groter de effecten. Vaak leiden grote kopieën niet tot levensvatbare varianten. De mutanten met extra kopieën die wel overleven, hebben vaak een evolutionair voordeel."
Bron: WUR