23 uren geleden
3
66 miljoen jaar geleden vaagde een asteroïde zo groot als de Mount Everest een groot deel van het leven op aarde weg. Maar veel planten wisten te overleven. Nu is duidelijk hoe dat kan.
Het is misschien wel de beroemdste massa-extinctie: die waarbij alle dinosaurussen het loodje legden, evenals ongeveer een derde van het leven op onze planeet. Dat planten de enorme klap wel wisten te doorstaan, is minder bekend.
De reden? De toevallige verdubbeling van genomen. Dit is een natuurlijk verschijnsel dat mogelijk veel bloeiende planten heeft geholpen om een van de extreemste gebeurtenissen in de geschiedenis van de aarde te overleven. De strategie kan planten ook helpen zich aan te passen aan de snelle opwarming van de planeet, zoals die nu plaatsvindt. “Een verdubbeling van het volledige genoom wordt in een stabiele omgeving vaak gezien als een evolutionair doodlopende weg”, zegt auteur Yves Van de Peer van Ghent University. “Maar in barre omstandigheden kan het onverwachte voordelen opleveren.”
Extra set chromosomen
De meeste organismen dragen twee sets chromosomen, een van elke ouder. Maar bij bloeiende planten dragen veel soorten extra sets als gevolg van willekeurige volledige genoomverdubbeling. Zo hebben de meeste gekweekte bananen drie sets chromosomen, terwijl tarweplanten er wel zes kunnen hebben, een toestand die bekendstaat als polyploïdie.
Volledige genoomverdubbeling komt relatief vaak voor bij planten en kan kostbaar zijn. Grotere genomen vereisen meer voedingsstoffen om te onderhouden, vergroten het risico op schadelijke mutaties en beïnvloeden de vruchtbaarheid. Om deze redenen wordt slechts een klein deel van de verdubbelde genomen in het wild behouden en doorgegeven aan volgende generaties. Aan de andere kant kunnen genoomverdubbelingen de genetische variatie vergroten en kunnen genen nieuwe functies ontwikkelen. Deze veranderingen kunnen organismen helpen beter bestand te zijn tegen stress, zoals hitte of droogte.
470 soorten bestudeerd
Om te begrijpen waarom sommige verdubbelde genomen blijven bestaan, analyseerden Van de Peer en zijn team 470 soorten bloeiende planten en stelden zij een van de grootste datasets in zijn soort samen. Ze zochten naar blokken genen die in vrijwel identieke paren voorkomen, een aanwijzing voor eerdere gebeurtenissen van volledige genoomverdubbeling. Vervolgens vergeleken ze deze gegevens met informatie uit 44 plantenfossielen om te schatten wanneer deze verdubbelingen plaatsvonden.
Hun analyse bracht een opvallend patroon aan het licht. De onderzoekers ontdekten dat de genen die in de loop der tijd behouden blijven, vaak afkomstig zijn van genoomverdubbelingen tijdens extreme periodes. Dit omvat onder meer de door een asteroïde veroorzaakte massa-extinctie 66 miljoen jaar geleden, verschillende periodes van wereldwijde afkoeling waarin ecosystemen instortten en het Paleocene-Eocene Thermal Maximum (PETM), een tijd van snelle wereldwijde opwarming.
Bestand tegen de opwarming
Het verklaart waarom polyploïdie veel voorkomt, maar slechts enkele gevallen miljoenen jaren in plantengenomen blijven voortbestaan. Onder deze extreme omstandigheden hadden polyploïde planten een voordeel. Eigenschappen die normaal nadelig zijn, zoals het onderhouden van een groter en complexer genoom, kunnen dan juist gunstig worden, aldus de onderzoekers.
De studie biedt ook aanwijzingen voor hoe planten tegenwoordig op klimaatverandering kunnen reageren. Tijdens het PETM steeg de mondiale temperatuur met ongeveer 5 tot 9 graden in zo’n 100.000 jaar, een verandering die vergelijkbaar is met de opwarming die we nu zien. “Hoewel het huidige klimaat veel sneller opwarmt, toont het verleden aan dat polyploïdie planten kan helpen om met deze stressvolle omstandigheden om te gaan”, besluit Van de Peer.
Wil je niets van Scientias missen? Volg Scientias op Google Discover dan zie je al onze verhalen!
Uitgelezen? Luister ook eens naar de Scientias Podcast:
English (US) ·