Je leest:

Hox-genen nog geen verklaring voor missing links

Hox-genen nog geen verklaring voor missing links

Auteur: | 30 maart 2002

Hox-genen spelen de hoofdrol in de ontwikkeling van het bouwplan van alle meercellige organismen. DNA-technologie moet helpen uitsluiten of Darwins missing links nu in een nieuw daglicht komen te staan.

Amerikaanse onderzoekers vervingen een deel van een hox-gen (het ubx-gen) in Drosophila melanogaster en bouwden zo fruitvliegen met ontelbare pootjes ( Nature 21 feb.). Het mutante deel was afkomstig van Artemia franciscana, het pekelkreeftje. De ontdekking dat een dergelijk kleine verandering gen zo’n impact op het bouwplan te weeg kan brengen, maakte bij menig wetenschapper de tong los.

Ontwikkelingsbiologe dr. Jacqueline Deschamps, onderzoekster van hox-genen in muizen, vroeg zich op een evolutiesymposium in Utrecht meteen hardop af of Darwins missing links wel noodzakelijkerwijs bestonden. En zij was niet de enige. Ook dr. Frederick Schram, systematisch en geografisch dierkundige aan de Universiteit van Amsterdam, zei in de Volkskrant naar aanleiding van het Amerikaanse onderzoek ‘te moeten concluderen dat sommige van de ontbrekende schakels nooit hebben bestaan.’

Al tijdens de ontwikkeling van een insecteneicel vindt er differentiatie plaats die de lichaamsassen van het embryo (voor-achter, boven-onder) vastlegt. Zogenaamde segmentatiegenen brengen vervolgens eiwitten tot expressie die de basis leggen voor het aantal segmenten dat het insect zal ontwikkelen. Homeotische (of: hox-) genen bepalen tot slot welke functie elk deel zal krijgen.

Binding van de produkten van hox-genen aan het DNA beïnvloedt de transcriptie van specifieke genen. In het thoraxsegment van Drosophila bijvoorbeeld, zetten speciale hox-genen een cascade van processen in gang waardoor het beest daar twee poten en twee vleugels ontwikkelt. Als nu in een bepaald segment een fout hox-gen aangaat, ontstaan bizarre exemplaren; zoals een vlieg met twee borststukken, of met een kop waarop poten in plaats van voelsprieten zitten.

Eén deel van ieder hox-gen, dat codeert voor de bindingsplaats waarmee het zich aan DNA verankert (het homeodomein), is voor alle meercellige organismen min of meer gelijk. De andere hox-domeinen coderen voor eiwitten die cascades van ontwikkelingen in gang zetten voor specifieke eigenschappen van het bouwplan van die soort, zoals het ubx-gen in Drosophila en Artemia het aantal poten voorschrijft. Dit kenmerk is handig voor morfologisch onderzoek naar verwantschap. Verschillen tussen nucleotidenvolgordes in hox-genen van verwante soorten staan namelijk voor het verschil in lichaamsopmaak.

De mutatie van één hox-gen zou dus in een handomdraai voor een sprong van het bouwplan zorgen, richting een hogere soort in de taxonomie: de noodzaak van tussensoorten (stapsgewijze veranderingen) valt hiermee overboord. Selectiedruk bepaalt vervolgens of de nieuwe ‘soort’ een lang leven is beschoren en de geslaagde soorten zijn als fossielen te zien. Darwins missing links kunnen vergeten worden! Zo eenvoudig is het echter niet.

Sprongetje

‘Meer dan een vergelijkende anatomische studie op DNA-niveau is het niet’, zegt dr. Gerdien de Jong, evolutionair populatiebiologe aan de Universiteit van Utrecht. De fout om de ontbrekende schakel te verwerpen zit hem in de rechtlijnigheid van de extrapolatie. Allereerst betreft het niet één enkele mutatie die de reorganisatie van het bouwplan inzet, maar meerdere, parallelle veranderingen. In het lab ontstond een fruitvlieg met vele pootjes omdat een deel van een hox-gen was vervangen. Welliswaar een klein deel van het totale genoom, maar veel méér dan een enkele mutatie zou kunnen teweegbrengen. De Jong: ‘Een realistischer sprongetje is de selectie op genetische variatie die van nature in de fruitvlieg aanwezig is. Bijvoorbeeld met betrekkeing tot veel of weinig haren op de poten, ook een eigenschap die hox-genen bestieren’.

Een tweede, belangrijker, aspect is dat naast mutaties ook andere ‘werktuigen van de evolutie’ het DNA in allerlei bochten wringen. Uit de publicatie in Nature blijkt dat alleen uitwisseling van de hox-genen voor poten niet voldoende was om de ontwikkeling tot de zespotige Drosophila te kunnen verklaren. Knippen en plakken met (delen van) domeinen van ubx- en andere betrokken hox-genen, gaf tenslotte uitsluitsel: het expressiepatroon van het ubx-gen is veranderd sinds beide soorten zich distantieerden; de betrokken hox-genen verschoven hun aangrijpingspunten op het DNA en eigenden zich, tot slot, ook nog nieuwe taken toe.

‘Onzinnige interpretatie’

Selectie, de drijvende kracht achter soortsvorming, heeft gedurende de geschiedenis het beschikbare gereedschap op een complexe wijze ingezet. Om die werktuigen aan het werk te zien, kan vergelijking op het niveau van DNA en genexpressie uitkomst bieden. Dat hiermee de evolutie gade geslagen zou worden, is echter te ver gezocht. Op het enthousiasme van eerdergenoemde wetenschappers om Darwins missing links te vullen met sprongen door hox-genmutaties, reageert De Jong verontwaardigd. ‘De resultaten in Nature zijn heel mooi allemaal. Maar je moet er geen onzinnige evolutionaire interpretaties aan vastknopen’.

Dit artikel is een publicatie van Bionieuws.
© Bionieuws, alle rechten voorbehouden
Dit artikel publiceerde NEMO Kennislink op 30 maart 2002

Discussieer mee

0

Vragen, opmerkingen of bijdragen over dit artikel of het onderwerp? Neem deel aan de discussie.

NEMO Kennislink nieuwsbrief
Ontvang elke week onze nieuwsbrief met het laatste nieuws uit de wetenschap.