Nieuwe kijk op het aanpassingsvermogen van wilde planten

24 okt 2017

Hoe passen planten zich aan onder druk van omstandigheden zoals droogte of hitte? Een recente theorie kijkt naar de rol van moleculen óp het DNA. De tijd is nu rijp om die theorie te testen in een natuurlijke omgeving. Met de verworven inzichten wordt een nieuwe generatie onderzoekers opgeleid.

Het blijft verbazend: was de wereld eindelijk een beetje gewend aan het idee dat soorten zich via hun DNA geleidelijk aanpassen aan hun omgeving, komt er een theorie die zegt dat dat ook op korte termijn kan dankzij moleculen óp het DNA: epigenetica (epi = op/bij).

Die moleculen kunnen onder druk van factoren van buitenaf genen aan- en uitzetten. De aanpassingen die daaruit voortkomen zijn zelfs overerfbaar zonder dat de de DNA-sequentie verandert: een revolutionair idee, dat onder wetenschappers pas sinds een aantal jaar helemaal is ingeburgerd.

Terrestrisch ecoloog Koen Verhoeven van het NIOO staat aan het hoofd van EpiDiverse, een nieuw Europees project dat nu de volgende stap moet gaan zetten in het bestuderen van epigenetische aanpassingen bij planten: erachter komen hoe belangrijk ze zijn voor het aanpassingsvermogen in een natuurlijke omgeving.

Europese populieren
Tot voor kort werd er alleen gekeken naar een klein aantal modelsoorten zoals met name de zandraket (Arabidopsis). Om een diversiteit aan soorten in het wild te kunnen bestuderen, was eerst meer goede genoominformatie nodig. "Anders blijft het krabben aan de oppervlakte", zegt Verhoeven.

Inmiddels is die genoominformatie beschikbaar. Eén van de soorten die de onderzoekers graag in het wild willen bestuderen is de populier. Die vind je overal in Europa, in natte én in droge gebieden. Daarom is hij uitermate geschikt om te kijken naar de invloed van droogte op het genereren van epigenetische variatie.

Eén van de manieren waarop die variatie ontstaat was al bekend uit het zandraket-onderzoek. DNA-methylering, het bekendste epigenetische mechanisme, onderdrukt de activiteit van 'transposable elements': rondspringende genen die mutaties veroorzaken. Door factoren zoals droogte wordt die onderdrukking soms losgelaten. Maar wanneer?

Aseksuele voortplanting
De onderzoekers willen ook weten of epigenetica bij alle soorten een even belangrijke invloed heeft op het aanpassingvermogen. Zeer waarschijnlijk niet, zegt Koen Verhoeven. Zo zijn er aanwijzingen dat de manier van voortplanten, seksueel of aseksueel, uitmaakt voor de stabiliteit van epigenetische mechanismen door de generaties heen.

"Dat kunnen we gericht toetsen door ook aseksuele soorten erbij te nemen", zegt Verhoeven. Bij het selecteren van geschikte plantensoorten is het dan ook belangrijk dat de eigenschappen ervan onderling zoveel mogelijk verschillen. Maar het project heeft naast onderzoek ook nog een ander belangrijk doel: mensen trainen.

De Europese Unie, die EpiDiverse financiert, wil investeren in het opleiden van een cohort AIOs. Volgens Verhoeven is ook daarvoor de tijd nu rijp. "We kunnen voor bijna elke plantensoort gedetailleerd in het genoom kijken: wat gebeurt er met de expressie van genen, welke genen zijn betrokken bij aanpassingen? Maar de training van mensen die geïnteresseerd zijn in ecologie en het aanpassingvermogen van planten neemt die skills nog niet genoeg mee."

Geen barrières meer
Goeie moleculaire skills en goeie bioinformaticakennis: die combinatie is nodig om in de toekomst goed onderzoek te doen naar de aanpassing van planten aan klimaatverandering en andere milieu-omstandigheden, zegt Verhoeven. Toegespitst op het gebied van epigenetica werd zoiets nog niet aangeboden. "Dat gaan wij doen."

EpiDiverse is daarvoor nu eerst begonnen met het recruteren van AIOs. Er komen er 15, ondergebracht bij 12 universiteiten en onderzoeksinstituten verspreid over Europa: een uitgebreid netwerk. Daarin komt kennis over ecologie en moleculaire genetica samen met bioinformatica. "We leveren straks onderzoekers af voor wie er geen barrières meer zijn tussen die vakgebieden."