De genexpressie van het foerageren

bionieuws 2, 03-02-2006
achtergrond
De genexpressie van het foerageren vogelonderzoekers maken dankbaar gebruik van het
kipgenoom
Ecologen gebruiken steeds vaker moleculaire technieken. Het geeft ze een rechtstreekse blik
op de evolutie. ‘NWO moet ecogenomics steunen.’
Door Door Willy van Strien
© bionieuws
Microarrays en oligoprobes, sequencen en BLASTen: ecologen hebben hun vocabulaire moeten
uitbreiden, want ze begeven zich steeds vaker op genetisch grondgebied. ‘Ecologen die aan microorganismen werken, maken volop gebruik van moleculair-biologische technieken en kennis,’ zegt prof.
dr. Louise Vet, directeur van het Nederlands Instituut voor Ecologie (NIOO-KNAW). ‘Want daarmee
kunnen ze de vele micro-organismen die niet te kweken zijn identificeren en bestuderen. Maar ook
voor ecologisch werk met planten en dieren kun je met genomics prachtige dingen doen.’
Alleen schoot het in Nederland niet op, vond ze. Ze zette daarom voor de Biologische Raad (KNAW)
een plan op papier om ecogenomics van de grond te krijgen. Een schrijfgroep onder voorzitterschap
van prof. dr. Jeanine Olsen (mariene biologie, Groningen) breidde dat uit tot voorstel voor een thema
Genomics for Ecology, Evolution and Biodiversity, in de hoop dat het wordt opgenomen in de nieuwe
strategienota 2007-2010 van NWO. ‘Genomics kan ook het biodiversiteitonderzoek vooruit helpen,’
zegt Olsen.
Vanwege haar enthousiasme deed Vet tijdens een sabbatical onderzoek aan de universiteit van
Toronto (Canada). Biologen daar werken met larven van Drosophila melanogaster. Daarvan leven
twee typen naast elkaar: rovers die bereid zijn lange afstanden te kruipen om voedsel te zoeken en
sitters die meer geneigd zijn op een plek te blijven. Het verschil zit in één gen, for, waarvan bij de
fruitvliegjes twee allelen bestaan.
Andere biologen vonden hetzelfde gen terug bij de honingbij en daar speelt het een rol bij de
taakverdeling. Na uitkomen blijven volwassen bijen enkele weken in het nest het broed verzorgen,
daarna vliegen ze uit om voedsel te verzamelen. Het bijengen, Amfor genoemd, komt bij de oudere
beestjes verhoogd tot expressie en dat veroorzaakt de gedragsverandering.
En vervolgens is bij de nematode Caenorhabditis elegans een vergelijkbaar gen (egl-4) gevonden dat
ook weer een rol speelt bij het voedsel zoeken. ‘Heel verrassend. Het wordt nu spannend om te kijken
of hetzelfde gen ook bij andere diersoorten foerageergedrag verklaart,’ zegt Vet.
Het illustreert wat ecologen met genomics willen: genen opsporen die ecologisch belangrijke
eigenschappen bepalen en kijken hoe zulke genen qua bouw of expressie verschillen tussen
individuen en soorten. Daarmee hopen ze de genetische basis te ontrafelen van variatie in
eigenschappen en voortplantingssucces, van aanpassingsprocessen en van soortvorming. Een
rechtstreekse blik dus op evolutie.
Van prof. dr. Nico van Straalen (dierecologie, Vrije Universiteit) verschijnt in maart bij Oxford
University Press een boek over ecogenomics. Ook hij verwacht veel van het vakgebied, maar hij wijst
ook op een belemmering: de modelsoorten waarvan veel genetische kennis bestaat zijn nou net niet
de ecologisch interessante soorten. ‘De zebravis en Caenorhabditis elegans, om maar twee bekende
voorbeelden te noemen, zijn geen Nederlandse soorten en ook Drosophila melanogaster is niet
inheems. Bovendien werken genetici met ingeteelde, dus homogene stammen, terwijl ecologen juist
de variatie tussen individuen boeiend vinden.’
Invriezen
Maar de lijst van organismen waarvan het genoom is gesequenced groeit en telt nu bijna tweehonderd
soortnamen. Het zijn tot nu toe voornamelijk micro-organismen, die kleine genomen hebben, maar ook
voor hogere ecologisch interessante organismen komt er steeds meer informatie. ‘Een doorbraak
komt binnenkort, als het genoom van de watervlo Daphnia pulex af is,’ zegt Van Straalen.
Dat biedt mogelijkheden. In Nieuwersluis (Centrum voor Limnologie, NIOO-KNAW) bekijkt dr. Bas
Ibelings de concurrentie tussen de blauwalg Synechocystis (eigenlijk een bacterie) en de eencellige
groenalg Chlamydomonas. Hij laat ze samenleven met een beperkte hoeveelheid stikstof waar ze
hevig om concurreren. Zo gaat dat duizend generaties door en het idee is dat de soorten zich
geleidelijk aan de omstandigheden aanpassen. Van tijd tot tijd vriest Ibelings exemplaren in om het
verloop van het aanpassingsproces te bewaren. De ingevroren algen leven na ontdooien weer door.
Zo kan hij de voorouders vergelijken met hun nakomelingen om te zien of ze inderdaad beter met
weinig stikstof en concurrentie daarom kunnen omgaan.
Ibelings gaat de genetische achtergrond van verbeteringen in fitness opsporen met micro-arrays.
Deze methode, transcription profiling, is in medisch onderzoek al langer bekend en is nu ook in de
ecologie in opkomst. In Groningen gebruikt Olsen de methode bijvoorbeeld om de genetica achter de
aanpassing van zeegrassen en wieren aan de temperatuurstijging te onderzoeken. In afwachting van
genoominformatie over ecologisch interessante planten- en diersoorten kunnen ecologen soms al
goed uit de voeten met informatie van de genetische modellen. Een microarray van het modelplantje
Arabidopsis thaliana blijkt ook geschikt voor zijn kruisbloemige familieleden, waaronder koolsoorten,
omdat de genomen sterk op elkaar lijken. En vogelonderzoekers kunnen een eind komen met het kipgenoom.
Van Straalen werkt mee aan het in kaart brengen van het genoom van de springstaart Folsomia
candida, een bodemdiertje waar hij onderzoek aan doet. ‘Die is 400 miljoen geleden van de insecten
afgesplitst en verschilt zoveel van Drosophila, dat we geen microarrays van Drosophila kunnen
gebruiken. Maar van de genen die we vinden kunnen we wel de tegenhangers zoeken bij Drosophila
door middel van het programma BLAST: basic local alligment search tool. Voor de helft van de genen
die wij vinden, gaf dat ons een idee van de functie.’
‘We hebben een liefdesverklaring aan de moleculaire biologie doen uitgaan, en verwachten dat die
beantwoord wordt,’ zegt Vet. ‘Want moleculair biologen zouden onze ecologische en evolutionaire
inzichten goed kunnen gebruiken. Je kunt de functie van een gen puur mechanistisch benaderen door
te kijken wat het gen doet. Maar wil je weten waarom een soort bepaalde genen heeft die onder
bepaalde omstandigheden tot expressie komen, dan moet je de selectiedrukken kennen, dus de
omstandigheden waaronder de individuen in het wild leven en de interacties die er zijn met andere
organismen.’