Bloemen vallen op door hun kleurige kroonbladeren. Ze trekken er insecten mee aan die essentieel zijn voor hun voortbestaan. En elke ouder kan je blijmaken door onverwacht met een ruikertje aan te komen. Toch bestaan kroonbladeren nog relatief kort, op evolutionaire schaal gezien. Aan de Radboud Universiteit van Nijmegen zoeken onderzoekers uit hoe bloeiende planten aan hun kroonbladeren zijn gekomen. Ze zoeken daarvoor naar aanwijzingen in het DNA van planten. Michiel Vandenbussche is Petuniaonderzoeker. Hij stelt dat kroonblaadjes eigenlijk mislukte meeldraden zijn. “Aan een grote stap in de evolutie van zaadplanten, lijkt genetisch iets heel kleins ten grondslag te liggen. De evolutie van kroonbladeren is dan ook niet via allerlei tussenvormen verlopen. Het is een gelukkig toeval.”
Normale petunia van bovenaf gezien. De foto’s van petuniamutanten (hieronder) zijn zo uniek dat ze al twee keer op de cover verschenen van het Amerikaanse tijdschrift The Plant Cell. Foto’s: Michiel Vandenbussche, Radboud Universiteit Nijmegen
Architect van de plant uitgeschakeld
Om erachter te komen hoe de evolutie echt is verlopen, moet je uitvissen welke genveranderingen (mutaties) betrokken waren bij de ‘uitvinding’ van kroonblaadjes. Daarvoor vergelijken de wetenschappers in Nijmegen bepaalde genen in verschillende plantsoorten, zoals de zandraket (Arabidopsis) en de petunia. Ze zoeken namelijk naar veranderingen in de DNA-volgorde van zogeheten MADS-boxgenen, tijdens de evolutie. MADS-boxgenen werken als het ware als de architect van bloeiende planten: ze hebben een belangrijke regelfunctie en mutaties in MADS-boxgenen leiden tot grote uiterlijke veranderingen. Voor het onderzoek kunnen genen worden uitgeschakeld, maar mutaties treden soms ook spontaan op.
‘Naakte’ bloem Mutant waarbij de moderne variant van AP3 MADS-boxgen is uitgeschakeld. De plant heeft geen kroonbladeren, maar kelkblaadjes. Meeldraden ontstaan wel gewoon, omdat er nóg een (primitieve) versie van het gen aanwezig is. De zandraket (Arabidopsis) heeft alleen de moderne versie van het AP3 MADS-boxgen en maakt ook geen meeldraden als het gen uit staat.
Dubbelrol
De zandraket (het modelplantje van de plantengenetica) heeft slechts één zogeheten AP3 MADS-boxgen. Het is een moderne variant. Het gen regelt in de plant de vorming van meeldraden én kroonblaadjes. Die dubbelrol maakt het lastig om de evolutie ervan te achterhalen; met vergelijking kan dat wel. In de petunia komen twee varianten van het AP3 MADS-boxgen voor. Dat blijken een primitieve versie en de moderne variant te zijn. Het Nijmeegse petuniaonderzoek laat zien dat het gen oorspronkelijk alleen codeerde voor de vorming van meeldraden. Pas veel later in de evolutie ontstonden er kroonblaadjes. Vandenbussche: “Slechts een kleine verandering in het aanschakelen van het gen, heeft dat verschil veroorzaakt. Het molecuul van het oude gen verschilt namelijk nauwelijks van het nieuwe.”
‘Naakte’ bloem(bovenaanzicht) Ook hierop is duidelijk te zien dat de kroonbladeren van deze mutantpetunia zonder werkzame moderne variant van AP3 MADS-boxgen, niet ontwikkelen. In plaats van kroonbladeren zijn er kelkblaadjes gegroeid.
Dubbele mutant: geen kroonblad, geen meeldraden Deze mutant moet het doen zonder zowel de moderne als de oude versie van zijn AP3 MADS-boxgen. Ze zijn gelijktijdig uitgeschakeld, waardoor er geen kroonbladeren én geen meeldraden ontstaan. De kroonbladeren zijn vervangen door kelkbladeren, en de meeldraden zijn stamper geworden.
Tussen mutant en normaalIn de mutant zonder modern gen, maakten de onderzoekers het oude MADS-boxgen extra actief. Daardoor ontstonden weer kroonbladeren. Links op de foto de mutant, rechts een normale petunia. Ertussen twee bloemen die ontstonden onder invloed van het aangeschakelde oude gen.
Als het oude MADS-boxgen extra actief wordt gemaakt in een petunia waarin ook de moderne variant actief is, ontstaat een dubbele set kroonbladeren.
De normale petunia (hier van de zijkant gezien) beschikt over twee varianten van het zogeheten AP3 MADS-boxgen: een evolutionair oude variant en een moderne. Foto’s: Michiel Vandenbussche, Radboud Universiteit Nijmegen
Lees meer!
- Bloemplanten van nul tot nu (Kennislinkartikel)
- Zeg het met bloemen! (Kennislinkartikel uit Gewoon Bijzonder)
- Met evolutie kun je slimmer eiwitten ontwerpen! (Kennislinkartikel)
- Website Radboud Universiteit Nijmegen
- Groei en Bloei (Tuinsite voor Nederland en België)