Je leest:

Zeg het met bloemen

Zeg het met bloemen

Auteur: | 14 augustus 2006

Genomics is een fancy wetenschapstak, waarvan het onderzoek aan hogere dieren zoals ratten het meest tot de verbeelding spreekt. Toch halen ook de petunia’s van Ontwikkelingsgenetica voorpagina’s van wetenschappelijke tijdschriften. Wat is er zo belangrijk aan de manier waarop zo’n tuinbloemetje per bloem vijf kroonbladeren en één stamper maakt?

“Puur toeval, dat we aan petunia’s werken”, zegt hoogleraar Ontwikkelingsgenetica Ronald Koes. Toch is het al zo sinds begin jaren tachtig, en het lijkt er niet op dat zijn onderzoeksgroep de plant binnenkort aan de dijk zet. Terwijl het een trend is om minder plantenonderzoek te doen: planten zijn niet sexy en trekken dus geen studenten. Liever ziet het faculteitsbestuur medisch getint onderzoek.

Des te vreemder is Koes’ verwijzing naar toeval als reden waarom zijn afdeling de petunia als onderzoeksmodel blijft gebruiken. Hij legt het uit: “Mendel werkte niet aan erwten, hij werkte aan erfelijkheid. En Watson en Crick werkten niet aan kalfszwezeriken, ze zochten naar de structuur van DNA!”

De petunia’s zijn het middel, niet het doel. De genen van een organisme bepalen welke kleur ogen of bloemen het heeft, maar een veel groter deel van het genoom bepaalt dat een mens eruitziet als een mens of een brandnetel als een brandnetel. De ontwikkelingsgenetici van de VU zoeken uit hoe genen dat doen, en de petunia is daarvoor hun middel.

In de petuniakas van Ontwikkelingsgenetica staan heel wat vreemde mutanten. Met de klok mee, linksboven beginnend is de eerste bloem (!) te omschrijven als een lellebel (in de literatuur het Engelstalige floozy). Het is een naakte vrouw: een stamper (vrouwelijk geslachtsorgaan) zonder meeldraden en blaadjes eromheen. De spetjesmutant ernaast is helemaal compleet, maar kan geen rode kleurstof maken door een stukje springend DNA dat een kleur-gen onderbreekt zodat het niet meer werkt. Behalve in cellen waarin het zogeheten transposon is weggesprongen: die cellen worden wel rood. De groen-witte bloem is als een mens met een arm waaraan een voet in plaats van een hand zit. Een foutje in een enkel gen zorgt dat de buitenste cellen van de kroonbladeren ‘denken’ dat ze kelkbladcellen zijn. De laatste mutant maakt honderden groeimeristemen op plekken waar dat niet hoort, weer door één gen dat niet werkt. De extra groeimeristemen maken blaadjes waar dan opnieuw groeimeristemen op onstaan. Door het voortwoekeren van blaadjes en meristemen komt het uitgroeien tot een grote plant er niet meer van. Foto: Daan van Eijndhoven/AVC VU

Maar waarom juist dít middel? Waarom in een petunia uitzoeken hoe het kan dat hier een bloem en daar een blad groeit, terwijl je eigenlijk wilt weten hoe het bij onszélf gaat? Waarom onderzoeken ze geen mensen? Of, als dat ethisch lastig is, dieren die dichter bij ons staan, zoals muizen? Veel genetica-onderzoekers doen dat ook, beaamt Koes. “Er worden de meest verschrikkelijke muizencreaturen gefabriceerd, met vreselijke tumoren en allerlei andere afwijkingen. Die worden onder andere als model gebruikt voor menselijke ziekten.” Maar veel fundamentele onderzoeksvragen kun je veel gemakkelijker beantwoorden met eenvoudiger opgebouwde diersoorten, daarom gebeurt er ook veel in de genomics van fruitvliegen, de nematode C. elegans en honderden microben, vooral ziekteverwekkers. Die laatste moeten we begrijpen om ze te kunnen bestrijden.

Lekker sleutelen

Er zijn echter ook problemen waar je het beste met planten iets over kunt zeggen. “Als je alleen wilt weten welke genen verantwoordelijk zijn voor elk stapje in de ontwikkeling van een organisme – bijvoorbeeld genen die aangeven: ‘hier een arm en daar een oog’ – dan heb je aan één soort genoeg, en dat kan prima een dier zijn. Maar wij willen weten hoe soorten van elkaar zijn gaan verschillen? Waren er in de evolutie veel mutaties met elk een klein effect, of weinig mutaties met grote effecten?” Daarvoor moet je soorten met elkaar vergelijken. Liefst soorten die redelijk verwant zijn aan elkaar, maar toch heel verschillend opgebouwd zijn. Ook moeten ze genetisch toegankelijk zijn, dat wil zeggen: een niet te groot genoom hebben, en je moet lekker met dat genoom kunnen sleutelen.

Daarvoor komt de plant goed van pas. “Om de evolutie van ontwikkelingsbiologie te bekijken, heb je niet zo veel aan dieren. We weten veel van de ontwikkeling van fruitvliegen en muizen, maar de vraag waarom fruitvliegen en muizen zo enorm verschillen in lichaamsopbouw, is vooralsnog te hoog gegrepen. Daarvoor staan deze soorten te ver van elkaar af. Planten kun je heel mooi met elkaar vergelijken: hogere planten zijn heel divers in opbouw, maar allemaal gemaakt van dezelfde onderdelen die alleen verschillend aan elkaar zitten. Zo bestaat de bloeiwijze van een tulp of papaver slechts uit één bloem, terwijl andere soorten complexe structuren maken met een oneindig aantal bloemen, zoals een aar of een ‘paraplu’. Zulke soorten kunnen behoorlijk verwant zijn aan elkaar, maar er toch heel verschillend uitzien.”

Foto: Daan van Eijndhoven/AVC VU

De resultaten uit petunia’s vergelijken de onderzoekers met gegevens die bekend zijn uit de zandraket ( Arabidopsis, een onkruid dat verwant is aan koolsoorten), de plant die de meeste plantenonderzoekers als onderzoeksmodel gebruiken. Deze plant is geen nabije verwant van de petunia; in de toekomst willen de VU-onderzoekers dan ook enkele nauwere verwanten van de petunia selecteren om meer tussenstappen van de evolutie bloot te leggen.

IJzervreters

Fundamenteel onderzoek in planten kan grofweg twee soorten uitkomsten opleveren (naast de mogelijkheid dat het doodloopt, dat hoort er ook bij): algemene kennis over hoe het leven werkt of kennis die van direct praktisch nut kan worden. Ontwikkelingsgenetica gaat richting het eerste; de afdeling Plantenecologie van de VU onderzoekt een nuttige eigenschap van planten. De groep onderzoekt hoe sommige planten erin slagen grote hoeveelheden zware metalen op te slaan. Daarmee kunnen we mogelijk ooit grote, snelgroeiende planten die eigenschap geven en zo gemakkelijk bodems reinigen. Of juist zorgen dat rijst minder arseen opneemt, waardoor er niet meer jaarlijks 40.000 mensen in Azië sterven door arseenvergiftiging.

Oninteressante organismen

Nu de meerwaarde van genenonderzoek in planten duidelijk is, rest de vraag hoe de VU-genetici bij de petunia zijn beland. Waarom geen zandraket, tomaat, aardappel, maïs of druif, zoals verreweg de meeste collega’s van andere instituten? De verklaring daarvoor ligt in de geschiedenis. “Eind jaren zeventig begon onze afdeling samen te werken met de UvA”, vertelt Koes. “Daar bedreef men klassieke genetica aan petuniamutanten met rare vlekken. Ze hadden een idee over hoe die vlekken konden ontstaan, maar ze kwamen er niet helemaal uit. Wij hadden door ons eerdere onderzoek naar bacterie-DNA veel moleculaire kennis, dus we konden ze helpen. Toen de betreffende afdeling op de UvA in 1983 werd opgeheven, kwamen de petunia’s naar de VU.”

Gaandeweg leerde de onderzoeksgroep steeds meer over de petunia, waardoor het gemakkelijker werd om er onderzoek aan te doen. Toevallig bleek de plant een vrij klein genoom te hebben, net als de zandraket. Maar petunia’s hebben ook iets dat de meest gebruikte plant in onderzoek niet heeft: grote bloemen waaruit je gemakkelijk bruikbare hoeveelheden eiwitten kunt isoleren. Dat is nodig als je genexpressie in de bloem wilt onderzoeken, precies wat de afdeling van Koes vaak doet.

Zo kon het gebeuren dat petunia interessant bleef. In het tuinbloemetje zijn verschijnselen ontdekt die voor de hele genetica van belang zijn en die toepassingen met zich mee kunnen brengen, bijvoorbeeld in medicijnen. Maar die toepassingen mag iemand anders realiseren wat Koes betreft. Hij pioniert het liefst, zoekend naar iets, niet wetend naar wát. “Anders dan bij toegepast onderzoek, bijvoorbeeld om medicijnen te maken, is het hier ‘van dik hout zaagt men planken’. We nemen genoegen met de meest vreselijke bij-effecten en werken met volkomen oninteressante organismen. Maar zo zetten we wel de noodzakelijke stappen die vooraf gaan aan mogelijke toepassingen.”

Dit artikel is een publicatie van Gewoon Bijzonder.
© Gewoon Bijzonder, alle rechten voorbehouden
Dit artikel publiceerde NEMO Kennislink op 14 augustus 2006

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.