Een plantencel ziet er anders uit dan de cel van een zoogdier als de mens. De chloroplast is 1 genummerd, 3 de celkern (afb: WikiMedia Commons)
Mitochondriën in, onder meer, zoogdiercellen hebben een klein DNA. Dat wordt normaal alleen via moeder op het nageslacht overgebracht, maar niet lang geleden werd ontdekt dat soms ook het mitochondriaal DNA van de vader kan worden doorgegeven. Bij planten schijnt iets soortgelijks te gebeuren. Die bevatten chloroplasten of bladgroenkorrels waar de fotosynthese plaatsvindt. Ook die cellichaampjes hebben een eigen, ringvormig DNA, dat alleen via de vrouwelijke geslachtscellen wordt doorgegeven. Dachten plantkundigen. Nu blijkt dat onder koude omstandigheden het mannelijke chloroplast-DNA vaker wordt doorgegeven.
‘Spelbrekers’ zijn de onderzoekers rond Kin Pan Chung van het Max Planck-instituut voor moleculaire plantenfysiologie in Potsdam (D). Het gebeurt zelden, maar komt onder bepaalde omstandigheden vaker voor. Volgens de onderzoekers zou dat te maken kunnen hebben met de stabiliteit van het genoom van de bladgroenkorrels.
De onderzoekers hebben miljoenen tabaksplanten gekweekt, eerst de mannelijke planten waardoor de bladgroenkorrels bestand werden tegen een bepaald antibioticum. Vervolgens werden die planten blootgesteld aan ‘nare’ omstandigheden zoals warmte, kou, droogte en sterke belichting. Met de pollen van de aldus mishandelde planten werden de, onaangepaste en-mishandelde, vrouwelijke planten bestoven.
De uit die bestuiving voortkomende planten (via zaad) werden gevoed en kregen daarbij ook dat specifieke antibioticum binnen. Daardoor stierven de vrouwelijke chloroplasten en werden die planten die alle bladgroenkorrels via de vrouwelijke plant hadden verworven kleurloos (geen bladgroen, wat uiteindelijk tot de dood van de plant leidt). Als een stekje groen bleef, dan waren die chloroplasten kennelijk van de mannelijke planten afkomstig. Dat kwam voor maar uiterst sporadisch.
Het bleek dat kou de aanstichter was van die mannelijke ‘ingreep’. De onderzoekers zochten verder naar het waardoor dat kou de mannelijk chloroplastovererving vergrootte. “We weten dat kou de enzymactiviteit in de stofwisseling vertraagt”, zegt medeonderzoeker Enrique Gonzalez-Duran. “Vandaar dat we vermoedden dat een enzym een rol speelt in de blokkering van de mannelijke chloroplastovererving.
De ‘dader’ bleek inderdaad een enzym: DPD1. Dat zorgt onder normale omstandigheden tijdens de rijping van het stuifmeel (de pollen) dat het DNA van de bladgroenkorrels wordt vernietigd. Als de onderzoekers planten teelden met een defect DPD1-gen dan bevatten de pollen daadwerkelijk chloroplast-DNA.
Minder goed stuifmeel
Hoewel op die manier geteelde mannelijke planten functioneel iets minder goede pollen afleverden dan planten met een goed DPD1-gen, slaagden ze er toch in vrouwelijke planten te bestuiven (bevruchten) en dat leverde levensvatbaar zaad op. Resultaat: het effect op de doorgave van chloroplast-DNA was overeenkomstig met dat onder koude omstandigheden.
Als de onderzoekers beide deden (kou en gen-schade) dan steeg de overdracht van mannelijk chloroplast-DNA tot zo’n 2,5%. Chung: “Dat lijkt weinig, maar is gigantisch als je het vergelijkt met de kans van 1 op 100 000 onder normale omstandigheden.”
De nieuw verworven kennis zou mogelijkheden kunnen hebben in de plantenteelt. Het kan de deur openen om via een koudebehandeling geheel nieuwe kweekprogramma’s te ontwikkelen. Ook voor de evolutiebiologie zou de ontdekking wat kunnen betekenen, zoals het inzicht dat de omstandigheden van belang kunnen zijn voor het doorgeven van mannelijk en/of vrouwelijk chloroplast-DNA. Chung: “Het wordt nu interessant te onderzoeken of mannelijk en vrouwelijk chloroplast-DNA onderling genen uitwisselen.”
Bron: bdw