Samenvatting PNAS paper Devoogdt et al

Persbericht - Wetenschap
Gent - 20 maart 2009
DNA-verdubbeling: een mechanisme voor ‘survival of the fittest’
Gent - 150 jaar nadat Darwin zijn evolutietheorie publiceerde, tonen VIB-onderzoekers
verbonden aan de UGent, aan dat DNA-verdubbelingen planten een evolutionair voordeel
hebben gegeven. Hierdoor waren de planten - in tegenstelling tot de dinosaurussen - in staat
om de ‘Krijt-Paleogeen-massa-extinctie’ van 65 miljoen jaar geleden te overleven. Met behulp
van de nieuwste bio-informaticatechnieken preciseerden de onderzoekers de timing van
gekende DNA-verdubbelingen bij verschillende soorten planten. De DNA-duplicatie maakte
deze planten het best aangepast om de gewijzigde klimaatsomstandigheden te overleven, een
mechanisme dat waarschijnlijk ook bij gewervelde dieren terug te vinden is.
Het einde van een tijdperk
Zo’n 65 miljoen jaar geleden vond de meest recente ‘massa-extinctie’ plaats. 1 of meerdere catastrofale
gebeurtenissen, zoals een komeetinslag of toegenomen vulkanische activiteit, veroorzaakten wereldwijde
branden en stofwolken die een lange tijd het zonlicht tegenhielden. Hierdoor stierven zo’n 60% van de
plantensoorten en heel wat dieren, waaronder de dinosauriërs, uit. De best aangepaste planten en dieren
konden deze massa-extinctie overleven. Maar wat is ‘best aangepast’?
Een rol voor DNA-verdubbelingen?
Jeffrey Fawcett, Steven Maere en Yves Van de Peer (VIB-UGent) werkten als bio-informatici mee aan
de ontrafeling van verschillende plantengenomen - de totale DNA-inhoud van de plant -, gaande van kleine
onkruidplantjes over tomaten en rijst tot bomen. Telkens opnieuw werden ze geconfronteerd met het feit
dat in de loop van de geschiedenis van die planten een of meerdere keren hun volledige DNA verdubbeld
was. Met behulp van diverse onderzoekstechnieken zijn deze duplicaties ook zo goed mogelijk gedateerd.
Het viel de groep van Yves Van de Peer op dat de meest recente duplicaties bij alle planten ongeveer op
hetzelfde moment plaatsvonden. Maar in termen van evolutie is ‘gelijktijdig’ relatief; ze vonden plaats tussen
40 en 80 miljoen jaar geleden. Dit zette de bio-informatici ertoe aan om de datering te verfijnen. Dankzij
hun expertise in vergelijkende genoomstudies en hun uitgebreide databestand realiseerden ze op basis van
geijkte evolutiebomen een veel nauwkeurigere datering van de duplicaties. Hieruit bleek dat in alle
onderzochte planten de meest recente genoomduplicatie zo’n 65 miljoen jaar geleden plaatsvond, dus
samen met de laatste massa-extinctie.
Een universeel mechanisme
Uit deze resultaten besluiten de VIB-vorsers dat planten met een genoomduplicatie blijkbaar het ‘best
aangepast’ waren om te kunnen overleven in de drastisch gewijzigde omgeving. Normaal gezien, in
ongewijzigde omstandigheden, zijn duplicaties van DNA eerder nadelig. Ze veroorzaken immers zeer
uitgesproken eigenschappen die niet gewenst zijn in een ongewijzigde omgeving. Bij drastische wijzigingen
kunnen net die eigenschappen ervoor zorgen dat het organisme beter aangepast is aan het nieuwe klimaat.
Met eerder onderzoek had Yves Van de Peer ook al zeer oude genoomduplicaties blootgelegd bij vroege
voorouders van de gewervelde dieren en de vissen. Toen toonde hij aan dat deze duplicaties waarschijnlijk
cruciaal waren voor de ontwikkeling van de gewervelde dieren en dus ook van de mens. Genoomduplicatie
is dus waarschijnlijk een universeel mechanisme dat er voor gezorgd heeft dat de rol van de gewervelde
dieren en bloeiende planten op onze planeet veel groter geworden is.
Relevante wetenschappelijke publicaties
Het onderzoek verschijnt in het toonaangevende tijdschrift PNAS (Fawcett et al., Plants with double
genomes might have had a better chance to survive the Cretaceous-Tertiary extinction event). Deze
publicatie is voor het verstrijken van het embargo terug te vinden op
http://www.eurekalert.org/jrnls/pnas/subject.htm.
Andere relevante publicaties:
Blomme, T., Vandepoele, K., De Bodt, S., Simillion, C., Maere, S., Van de Peer, Y. (2006)
The gain and loss of genes during 600 million years of vertebrate evolution. Genome Biology 7, R43.
De Bodt, S., Maere, S., Van de Peer, Y. (2005)
Genome duplication and the origin of angiosperms. Trends Ecol. Evol. 20, 591-7.
Van de Peer, Y. (2004) Tetraodon genome confirms Takifugu findings: most fish are ancient polyploids.
Genome Biology 5, 250
Financiering
Dit onderzoek wordt gefinancierd door VIB, UGent en EU-Sol.
Vermelding VIB en universiteit
Wanneer u over dit onderzoek bericht, vragen wij u vriendelijk om steeds zowel VIB als de betrokken
universiteit te vernoemen.
VIB is een non-profit onderzoeksinstituut in de levenswetenschappen. Zo’n 1100 wetenschappers en
technici verrichten basisonderzoek naar de moleculaire mechanismen die instaan voor de werking van het
menselijk lichaam, planten en micro-organismen. Door een hecht partnerschap met vier Vlaamse
universiteiten – UGent, K.U.Leuven, Universiteit Antwerpen en Vrije Universiteit Brussel – en een stevig
investeringsprogramma bundelt VIB de krachten van 65 onderzoeksgroepen in één instituut. Hun onderzoek
heeft tot doel de grenzen van onze kennis fundamenteel te verleggen. Met zijn technologie transfer
activiteiten beoogt VIB de omzetting van onderzoeksresultaten in producten ten dienste van de consument
en de patiënt. VIB ontwikkelt en verspreidt een breed gamma aan wetenschappelijk onderbouwde informatie
over alle aspecten van de biotechnologie. Meer info op www.vib.be.
De Universiteit Gent, kortweg UGent, is met meer dan 30 000 studenten één van de grootste
universiteiten van het Nederlandse taalgebied. Het opleidingsaanbod omvat vrijwel alle academische
opleidingen die in Vlaanderen worden ingericht.
De UGent profileert zich als een open, sociaal geëngageerde en pluralistische universiteit in een
internationaal perspectief. Meer info op: www.ugent.be
Noot voor de redactie
Yves Van de Peer staat aan het hoofd van de onderzoeksgroep Bioinformatica in het VIB-departement
Planten Systeembiologie, UGent – onder de directie van Dirk Inzé.
(voor meer info, zie:
www.vib.be/Research/EN/Research+Departments/Department+of+Plant+Systems+Biology/Yves+Van+de+Peer)
Meer informatie
Gelieve contact op te nemen met de VIB communicatiedienst:
VIB communicatie: +32 9 244 66 11