Nieuws

Genen ontstaan spontaan

arjen |

Gemiddeld krijgt rijst er elke 20.000 jaar een gloednieuw gen bij, en meer dan de helft van de nieuwe aanwinsten wordt inmiddels aantoonbaar vertaald naar eiwitten. Daarmee is voor het eerst het grote belang van dit mechanisme voor de evolutie keihard aangetoond, zo valt op te maken uit een Amerikaans/Chinese publicatie in Nature Ecology and Evolution.

Tot nu toe nam men aan dat nieuwe genen vooral ontstaan uit bestaande genen, die door mutaties gaan coderen voor een eiwit met een iets andere functie en daarna een eigen leven gaan leiden. Het ligt eigenlijk voor de hand dat diezelfde mutaties ook per ongeluk een stuk DNA, dat niet codeert voor een eiwit, kunnen veranderen in een stuk dat dat wel doet. Maar zie maar eens aan te tonen dat een gen ooit op deze manier is ontstaan.

Manyuan Long en collega’s van de University of Chicago hebben dat nu wél kunnen aantonen aan de hand van bekende genomen van rijstsoorten. Daarvan zijn er minstens dertien beschikbaar, gesequenst in de hoop de rijstopbrengst te verbeteren. Ze stammen allemaal af van een gemeenschappelijke voorouder en de meeste zijn nog maar een paar miljoen jaar geleden uit elkaar gegroeid. Dus leg je die genomen naast elkaar, dan kun je precies zien welke stukken bij de ene soort nog niet-coderend zijn terwijl ze bij een andere inmiddels in een gen zijn veranderd.

De meest recent ontstane ondersoort, Oryza sativa japonica, blijkt dan 175 van zulke de novo-genen te bezitten die (nog) geen gen zijn in de soort Oryza punctata die 3,2 miljoen jaar geleden is voortgekomen uit dezelfde voorouder. Gemiddeld is dat dus 51,5 nieuwe genen per miljoen jaar.

Uit de vergelijking van al die rijstsoorten valt ook af te leiden hoe zo’n nieuw gen in stapjes ontstaat. Belangrijk zijn vooral zogeheten indels, waarbij één basenpaar uit het DNA verdwijnt of juist wordt toegevoegd. Daardoor verschuift de opdeling in drielettercodes van het stuk dat er achter komt: er staat ineens totaal wat anders. Ook een grote rol spelen stopcodons, die de aflezing van het DNA afbreken: door een mutatie kunnen die veranderen in een ‛gewone’ drielettercode voor een aminozuur. Omgekeerd kan natuurlijk ook.

Zoals te verwachten viel, lijkt daardoor meestal eerst de mogelijkheid te ontstaan tot transcriptie, dus vertaling naar messenger-DNA. Om een open reading frame te krijgen waarvan het mRNA op zijn beurt vertaalbaar is naar een functioneel eiwit, is meestal minstens één extra mutatie nodig.

Als je eenmaal weet voor welke aminozuurvolgorde zo’n nieuw gen op papier codeert, kun je gericht zoeken naar de eiwitten in kwestie. Dat hebben Chinese collega’s inderdaad gedaan, met gevoelige massaspectrometers. Resultaat: bijna 57 % van de nieuwe genen produceert die eiwitten inderdaad, al moet je soms goed zoeken.

Het toont aan dat dit mechanisme voor de vorming van nieuwe genen veel belangrijker is dan men wellicht vermoedde. Het werkt relatief snel en levert totaal nieuwe eiwitten op, met ongetwijfeld unieke functionaliteiten. Welke dat zijn is overigens nog totaal onduidelijk en het is op zich al verbazend dát zo’n min of meer toevallige keten van aminozuren ergens goed voor is. Maar misschien ontstaan er wel veel meer de novo-genen en evolueert het overgrote deel er vrijwel direct weer uit omdat de geproduceerde eiwitten inderdaad nergens goed voor blijken te zijn.

bron: University of Chicago

Deel deze pagina
KVCV

Lid worden van de KVCV? Ontdek de voordelen!

KVCV Facebook

De KVCV is ook op Facebook te vinden:

KVCV op Facebook

Naar boven