Supergenen maken bizarre kenmerken mogelijk
Hoe kan het dat vlinders van dezelfde vlindersoort verschillende patronen op hun vleugels hebben? Volgens onderzoekers Ben Wielstra en Emma Berdan, van het Institute of Biology Leiden (IBL), ligt het antwoord bij supergenen. Dit zijn stukken van een chromosoom met daarin veel genen die sterk aan elkaar gelinkt zijn. Samen zorgen deze genen voor complexe eigenschappen bij planten en dieren.
‘Supergenen zijn een oud idee. Maar met de DNA-technieken van nu kunnen we ze pas echt goed in kaart brengen. Wat blijkt? Supergenen zijn veel algemener dan gedacht’, zegt Wielstra. Samen met postdoc Emma Berdan publiceert hij op 13 juni een special over supergenen in het wetenschappelijk tijdschrift Philosophical Transactions of the Royal Society B.
Wat zijn supergenen?
‘Supergenen zijn stukken van een chromosoom met daarin meerdere genen die als één geheel worden overgeërfd’, legt Wielstra uit. Wat supergenen bijzonder maakt, is dat er in deze delen van het chromosoom geen recombinatie plaatsvindt. Recombinatie is het door elkaar husselen van de genetische informatie van twee ouders waardoor nakomelingen voorzien worden van unieke chromosomen. ‘Bij supergenen is geen sprake van recombinatie. Hierdoor evolueren alle genen binnen een supergen samen, als één unit. Zo kunnen er verschillende versies van supergenen binnen een soort ontstaan. Dit kan grote verschillen in uiterlijk en gedrag teweegbrengen.’
Supergenen kunnen op verschillende manieren ontstaan. ‘Er zijn gebieden in het genoom waar recombinatie van nature minder vaak voorkomt. Tegelijk kan recombinatie ook gestopt worden, bijvoorbeeld doordat de structuur van het genoom veranderd.’ Een bekend voorbeeld hiervan is een inversie. Hierbij is een deel van het chromosoom afgebroken en omgedraaid, waardoor de volgorde van de genen niet meer overeenkomt met het origineel. Recombinatie is dan niet meer mogelijk.
De kemphaan als voorbeeld
De aanwezigheid van supergenen leidt tot meer variatie binnen een soort. ‘Mijn favoriete voorbeeld is de kemphaan. Bij deze vogels zorgen supergenen ervoor dat mannetjes een donkere óf witte verenkraag rond hun kop hebben. Ook lopen er mannetjes rond die helemaal geen verenkraag ontwikkelen en eruit zien als vrouwtjes. Deze drie typen mannelijke kemphanen verschillen niet alleen qua uiterlijk van elkaar, maar gedragen zich ook anders in het paringsseizoen’, vertelt Wielstra.
Levert dit een evolutionair voordeel op?
‘Soms wel en soms niet. Aan de ene kant is variatie binnen een soort handig. Zo kan er tussen verschillende overlevingsstrategieën gewisseld worden’, zegt Wielstra. Volgens hem kunnen supergenen dit proces vergemakkelijken. Maar niet zonder prijskaartje. ‘Zonder recombinatie kunnen schadelijk mutaties zich snel opstapelen.’ Bij de kamsalamander, waar Wielstra en Berdan onderzoek naar gedaan hebben, heeft de opeenhoping van mutaties in één supergen ertoe geleid dat de helft van de salamandereitjes niet levensvatbaar is. Wielstra: ‘Dit supergen is eigenlijk een zeer extreem voorbeeld van een erfelijke ziekte.’
’Supergenen zijn hot’
Door de evolutie van supergenen te bestuderen, hopen onderzoekers onder andere meer inzicht in het ontstaan van erfelijke ziektes te krijgen. Ook bij mensen. ‘Supergenen zijn hot. Er wordt steeds meer onderzoek naar gedaan. We zien dan ook steeds meer voorbeelden waarbij grote verschillen in gedrag en uiterlijk worden beïnvloed door één enkel supergen.’ Met hun special over supergenen hopen Wielstra en Berdan een mooi overzicht te bieden van hoe het er nu voorstaat met het onderzoek naar supergenen. Wielstra: ‘We weten nu dat supergenen massaal voorkomen. De volgende stap is achterhalen hoe deze precies tot stand komen.’
Tekst: Nathalie Winkster