Oorspronkelijke plant met ingebouwde "gereedschapskist"

Studie: Brachwort bevat genetische verrassingen

Bruin kruid © US Fish & Wildlife Service
voorlezen

Botanici zijn enkele verrassingen tegengekomen in genetische analyses van een oerplant, het zogenaamde bruinkruid. Onderzoekers hebben mitochondriale genomen bekeken en geconstateerd dat het genetische materiaal meer dan 1500 fouten bevat die de plant moet corrigeren voordat de informatie wordt overgedragen.

U hebt waarschijnlijk een complete "gereedschapskist" met vele honderden corrigerende enzymen tot uw beschikking. Volgens wetenschappers van de universiteiten van Bonn en Bielefeld in het tijdschrift "Nucleic Acids Research" is er misschien een hulpmiddel voor elke fout.

Krachtcentrales van de cel

Mitochondria behoren tot de organellen. Dit zijn celcomponenten die - net als grotere orgels - speciale taken op zich nemen. Dit is hoe mitochondria de hoog-energetische molecule ATP produceren. Ze worden daarom vaak aangeduid als celkrachtcentrales.

Mitochondria ontstonden meer dan een miljard jaar geleden uit bacteriën die werden opgenomen door hogere cellen. Een van de argumenten voor deze endosymbiotische theorie is dat celcentrales hun eigen DNA hebben. "Het genetische materiaal van mitochondriën van planten is vaak veel exotischer dan dat van dieren", legt Felix Grewe van het Institute of Cellular and Molecular Botany uit. "Het is hetzelfde in de prehistorische varens, Isoetes engelmannii, niet anders."

Een klein sleutelmolecuul - een zogenaamde tRNA voor het aminozuur proline - laat zien hoe uitgebreid de RNA-bewerking in Isoetes kan zijn: op 18 plaatsen worden C-blokken verwisseld voor U-blokken. Alleen de VS kunnen dan op veel belangrijke plaatsen paren met de aas. © AG Knoop / Uni Bonn

Meer dan 1500 fouten in het genoom

De botanici van Bonn hebben het genoom van de celcentrales van Isoetes nader bekeken. Ze ontdekten onder meer dat het genetische materiaal meer dan 1500 fouten bevat. Dit lijkt de plant echter niet verder te storen: de fouten worden zo nodig gecorrigeerd - via een set van vele honderden gespecialiseerde tools. tonen

Kortom, DNA is niets meer dan een soort bibliotheek waarvan de originele geschriften veel te belangrijk zijn om te lenen. Als u informatie nodig heeft, kunt u een exemplaar bestellen. Dit bevat bijvoorbeeld de instructies voor een specifiek eiwit. In Isoetes zijn de oorspronkelijke bibliotheekbedrijven op 1500 plaatsen defect. Als men de bouwinstructies ongecontroleerd zou accepteren, zouden de daarna geconstrueerde eiwitten waarschijnlijk helemaal niet of slecht werken.

Moleculaire "correctielezers"

Maar er zijn moleculaire "correctielezers" die de fouten corrigeren - maar alleen in de kopieën. "Er kan een gespecialiseerde molecule zijn om elke fout te corrigeren", verklaart instituutsdirecteur professor Volker Knoop.

Uiteindelijk betekent dit niets anders dan dat de juiste informatie wordt opgeslagen in de vorm van deze moleculen (waarvan de constructiehandleiding ook deel uitmaakt van het DNA). Dit zeer complexe principe is nu bekend bij sommige planten. Nergens is het zo uitgestrekt als het brasemkruid. "Een correctiemethode is natuurlijk erg foutgevoelig", zegt Knoop. "Dat roept de vraag op waarom ze tot vandaag in Isoetes is geweest - en niet alleen daar."

Kopieën verzamelen zich

Een andere ontdekking bracht de onderzoekers bijna meer in vervoering. De gekopieerde bouwinstructies bevatten heel wat "datamolens", de zogenaamde introns. Deze moeten worden weggesneden voordat de rest kan worden gebruikt als een sjabloon voor eiwitproductie. Ook bij mensen worden de werkkopieën dienovereenkomstig herwerkt.

Volgens de wetenschappers kunnen sommige exemplaren zelfs hun introns zelf weggooien - ze zijn tot op zekere hoogte hun eigen schaar. In Bonn-wiet hebben de botanici van Bonn nu een nog exotischer mechanisme gevonden: daar worden de bouwinstructies van een bepaald eiwit in de loop van de evolutie binnen een intron verbroken. Om dit eiwit te maken, moet je twee verschillende exemplaren lenen uit de bibliotheek.

Beide exemplaren eindigen met een binnenhelft, die moet worden uitgesneden. De twee overblijfselen moeten dan passend aan elkaar worden gelijmd, zodat de instructies compleet zijn.

Zoals een schaar en lijm

Dat klinkt behoorlijk ingewikkeld. En toch lijken de twee exemplaren zelfs geen externe hulp nodig te hebben. Hand in hand werken ze als een schaar en lijm: ze verwijderen het gegevensbestand en koppelen de rest aan een leesbare kopie, die de volledige constructiehandleiding van het eiwit bevat. Het fenomeen wordt "trans-splicing" genoemd en is voor het eerst aangetoond voor dit type intron.

Grewe, die zijn proefschrift over Isoetes schrijft, zei: "Het zou een interessant onderwerp zijn geweest, maar ik had niet zoveel moleculair nieuws verwacht." Knoop voegt eraan toe: "En het blijft opwindend: waarom de DNA-evolutie in mitochondriën in planten in de afgelopen 500 miljoen jaar zo exotisch en heel anders was dan in dieren, weten we nog niet."

(idw - Universiteit van Bonn, 08.07.2009 - DLO)