PlusAchtergrond

Hoe planten op het land konden gaan leven dankzij het ‘lenen’ van genen

Planten blijken vaker dan gedacht genetische eigenschappen te kopiëren van andere organismen, zoals bacteriën en schimmels. Dat verklaart mogelijk waarom planten ooit de overstap van water naar land maakten, maar ook waarom je ogen tranen wanneer je een ui snijdt.

Dennis Vaendel
null Beeld Getty Images
Beeld Getty Images

Miljarden jaren lang was het maar een kale bedoening op aarde. Gras, bomen, bloemen: ze waren nergens te bekennen. Planten leefden enkel in water. Pas enkele honderden miljoenen jaren geleden maakten ze de overstap naar het droge. Hoe ze daar precies in slaagden, is echter niet helemaal duidelijk: om onder deze radicaal andere omstandigheden te overleven, moesten ze grote veranderingen ondergaan.

Mogelijk werden ze daarbij een flink handje geholpen door bacteriën en schimmels, suggereert een groep Chinese biologen in een deze week verschenen studie. Hoe deze micro-organismen dit deden? Door het ‘uitlenen’ van genetische eigenschappen – zoals de vaardigheid om voedingsstoffen uit ‘droge’ grond op te nemen – aan planten, door middel van een proces genaamd horizontale genoverdracht.

Dna in een andere soort geplakt

Anders dan in de verticale versie van dit proces, waarbij een generatie door voortplanting genetische informatie overdraagt op de volgende, worden in dit geval op natuurlijke wijze stukjes genetisch materiaal in het dna van een compleet andere soort geplakt. Dit kan de evolutie van deze soort fors versnellen: in plaats van een bepaalde eigenschap helemaal zelf te ontwikkelen, kan het deze overnemen van een andere soort.

Het is al lange tijd bekend dat horizontale genoverdracht een belangrijke rol speelt in de evolutie van eenvoudige, eencellige organismen zoals bacteriën en schimmels. In hoeverre het een bijdrage levert aan de evolutie van complexere levensvormen als dieren en planten, is minder duidelijk.

Om hier een beter beeld van te krijgen, nam het onderzoeksteam het genoom van 31 verschillende soorten planten onder de loep. Hieruit bleek dat moderne planten flink leentjebuur hebben gespeeld tijdens hun evolutie: bijna zeshonderd genfamilies – groepjes verwante genen – zijn op enig moment overgenomen van andere organismen. Dat zijn er veel meer dan verwacht, stellen de onderzoekers. Met name bacteriën en schimmels leenden veel genen uit, in enkele gevallen was een virus of dier de bron.

Sprong van microbe naar plant

Bovendien ontdekte het team twee periodes in de evolutie waarin uitzonderlijk veel genen – meer dan honderd families – de oversprong van microbe naar plant waagden. Eén daarvan valt samen met het ontstaan van planten op het land. “Dit suggereert dat horizontale genoverdracht een aanzienlijke rol speelde in de evolutie van landplanten,” zegt bioloog Jinling Huang van de East Carolina Universiteit, die meewerkte aan de studie. Veel van de overgenomen genen vervulden volgens het team belangrijke functies, bijvoorbeeld bij het aanpassen aan een drogere omgeving.

Ook kwamen er tijdens de studie nog andere verrassende ‘gestolen’ eigenschappen bovendrijven. “We ontdekten dat het gen in uien dat verantwoordelijk is voor de productie van het stofje dat je ogen laat tranen, afkomstig is van bacteriën,” zegt Huang. “Zo zijn er nog veel meer voorbeelden.”

Wat te voorbarig

Sommige van deze conclusies over de specifieke functies die overgenomen genen vervullen zijn nog wat te voorbarig, meent bioloog Barbara Gravendeel van Naturalis Biodiversity Center in Leiden en de Radboud Universiteit in Nijmegen, die niet betrokken is bij de studie. “Om dit soort uitspraken hard te maken, is uitgebreider onderzoek naar meer plantensoorten en bevestiging met andere onderzoekstechnieken nodig.”

Desondanks noemt ze het een gedegen studie, met een resultaat dat in de lijn der verwachting ligt. “Uit eerdere studies weten we al dat horizontale genoverdracht plaatsvindt bij dieren. En ook het dna van planten dat zich buiten de celkern bevindt, in de zogeheten mitochondriën en bladgroenkorrels, is van bacteriën afkomstig. Voor dna in de celkernen van planten was dit nog niet heel duidelijk. Dat bevat ontzettend veel informatie, vaak tientallen keer meer dan het dna in menselijke celkernen. Dankzij snellere en goedkopere methoden kunnen we dat tegenwoordig gemakkelijker bestuderen. Het is leuk, maar niet heel verbazingwekkend, dat we hier nu ook overgenomen genen aantreffen.”

Meer over