AI & computing › AI-gestuurde wetenschappelijke ontdekkingen
Eiwitcomplex dat genen afremt blijkt cruciaal voor vruchtbaarheid van planten
Onderzoekers hebben ontdekt dat een eiwitcomplex dat normaal genen uitschakelt, bij planten juist een cruciale rol speelt bij de vorming van zaad en stuifmeel. Zonder dit zogeheten DREAM-complex loopt de celdeling die nodig is voor voortplanting mis, met een sterk verminderde vruchtbaarheid als gevolg. De bevinding, gedaan bij zandraket, kan ook relevant zijn voor de vruchtbaarheid van dieren en mensen.
Een internationaal onderzoeksteam heeft een onverwachte functie ontdekt van het zogeheten DREAM-complex, een groep eiwitten die van planten tot mensen voorkomt. Normaal gesproken remt dit complex de activiteit van genen af, bijvoorbeeld om de celdeling te stoppen wanneer er schade moet worden hersteld. Bij de modelplant zandraket (Arabidopsis thaliana) blijkt DREAM echter juist genen aan te zetten die onmisbaar zijn voor de voortplanting. Het onderzoek, geleid door moleculair bioloog Hasibe Tunçay van het Institute of Science and Technology Austria (ISTA), is gepubliceerd in het tijdschrift Science Advances.
Waarom celdeling bij voortplanting anders werkt
Gewone celdeling, mitose genoemd, levert twee identieke dochtercellen op en zorgt voor groei en herstel van weefsel. Voor de vorming van voortplantingscellen is echter een ander proces nodig: meiose. Daarbij ontstaan cellen met de helft van het normale aantal chromosomen, zodat na bevruchting het volledige aantal weer wordt bereikt. Dit proces moet tot in detail worden aangestuurd: genen moeten op het juiste moment worden afgelezen, zodat de juiste eiwitten op de juiste plek en in de juiste hoeveelheid aanwezig zijn. Hoe planten dit precies regelen, was tot nu toe grotendeels onbekend.
Zonder DREAM geen goede uitwisseling van erfelijk materiaal
Tunçay onderzocht zandraketplanten waarbij delen van het DREAM-complex ontbraken. Die planten produceerden duidelijk minder goed functionerend stuifmeel en zaad. Verder onderzoek wees uit dat DREAM het gen MER3 activeert. Het eiwit dat dit gen aflevert, is onmisbaar voor zogeheten crossovers: momenten tijdens de meiose waarbij chromosomen van de vader en de moeder stukjes erfelijk materiaal uitwisselen. Die uitwisseling zorgt niet alleen voor genetische variatie, maar houdt chromosomen ook lang genoeg aan elkaar vast om correct over de nieuwe cellen te worden verdeeld. Ontbreekt DREAM, dan wordt MER3 te weinig afgelezen. Daardoor blijven chromosomen los van elkaar liggen, wat leidt tot een onevenwichtige verdeling over de voortplantingscellen. Bij planten met meerdere defecte onderdelen van het DREAM-complex bleek de vruchtbaarheid het hardst te worden geraakt: zij produceerden helemaal geen zaad meer.
Mogelijk breder dan alleen planten
Om de vruchtbaarheidseffecten te testen, bekeken de onderzoekers stuifmeelkorrels onder de microscoop en onderzochten ze de hauwtjes, de lange zaaddozen van de zandraket, op onderontwikkelde of verdroogde zaden. Omdat vergelijkbare DREAM-complexen ook in dieren de voortplanting beïnvloeden, denken de onderzoekers dat ze een mechanisme hebben blootgelegd dat door de evolutie is behouden in veel verschillende organismen. Het onderzoek werd uitgevoerd in samenwerking met de Université Paris-Saclay, Fudan University en de South China Agricultural University.
Achtergrond & begrippen
Wat betekent dit voor de toekomst? Beter begrip van hoe DREAM de vruchtbaarheid van planten regelt, kan helpen bij het veredelen van gewassen met een stabielere zaadproductie, wat relevant is voor voedselzekerheid. Omdat vergelijkbare complexen ook bij dieren voorkomen, kan het onderzoek bovendien aanwijzingen geven over de regulatie van vruchtbaarheid bij mens en dier.
- DREAM-complex
- Een groep eiwitten die samenwerken om de activiteit van genen te regelen; normaal remt het complex genen af, maar bij planten blijkt het tijdens de voortplanting juist bepaalde genen aan te zetten.
- Meiose
- Een speciale vorm van celdeling waarbij voortplantingscellen ontstaan met de helft van het normale aantal chromosomen.
- Mitose
- Gewone celdeling waarbij een cel twee identieke dochtercellen vormt, belangrijk voor groei en herstel van weefsel.
- Crossover
- Het uitwisselen van stukjes erfelijk materiaal tussen chromosomen van de vader en de moeder tijdens de meiose, belangrijk voor genetische variatie en de juiste verdeling van chromosomen.
- MER3
- Een gen dat een eiwit aanmaakt dat nodig is voor het goed verlopen van crossovers tijdens de meiose.
- Transcriptiefactor
- Een eiwit dat bepaalt of en wanneer een gen wordt afgelezen tot RNA, de eerste stap richting eiwitproductie.
- Univalente chromosomen
- Losse chromosomen die niet (meer) aan hun partnerchromosoom vastzitten, waardoor ze willekeurig over dochtercellen kunnen worden verdeeld.
Bronnen
Dit artikel is met behulp van AI geschreven op basis van bovenstaande bronnen en is geen letterlijke vertaling. Zo werkt onze redactie.
