Organellaire variatie
We gaan er vaak vanuit dat genen die verantwoordelijk zijn voor fenotypische variatie zich in de celkern gelokaliseerde genoom zitten. Nu laten een groep van internationale onderzoekers in PNAS zien dat ook genen in organellen bijdragen aan fenotypische variatie.
Organellen zoals mitochondriën en chloroplasten bevatten genetisch materiaal, overblijfselen van oude symbiotische voorlopers. Genen die essentieel zijn voor de werking van de organellen, maar die geen plek in het genoom vonden. De onderzoekers besloten de invloed van het organel genetisch materiaal op fotosynthese nader te bestuderen.
Als eerste gingen de onderzoekers na hoeveel variatie in organel DNA er eigenlijk was. Dit deden ze door de organel DNA volgorde van 1541 verschillende zandraket variaties met elkaar te vergelijken. Hierbij ontdekte de onderzoekers dat er bijna net zo veel verschillende mitochondria varianten als zandraket varianten zijn. Terwijl er ongeveer vier keer zo veel chloroplast varianten als mitochondria varianten zijn.
Organellaire genetische variatie draagt bij aan fotosynthese efficiëntie
Vervolgens onderzochten de onderzoekers de invloed van het chloroplast en mitochondria DNA op de fotosynthese. Hiervoor combineerde ze 53 chloroplast/mitochondria DNA variaties met 4 genoom variaties. Dit resulteerde uiteindelijk in een populatie van 232 planten.
Die 232 planten groeide de onderzoekers onder drie verschillende condities. Waar ze de temperatuur en de daglengte varieerde. Wat opviel dat de waargenomen bijdrage van het organel DNA op de fotosynthese sterk afhing was van de condities waarin de planten groeide.
Zo was er bijvoorbeeld een variant, Bur-0, die in twee van de drie groeiomstandigheden niet opviel ten opzichte van de rest. Maar in een omgeving waarin de licht sterkte sterk fluctueerde paste Bur-0 zich sneller aan wanneer de plant opeens minder licht ontving, zoals wanneer een wolk voor de zon schuift.
Het genetisch materiaal in organellen zoals mitochondriën en chloroplasten dragen dus bij aan de verschil in fotosynthese. Niet alleen onder specifieke omstandigheden zoals in het voorbeeld hierboven. Maar ook in het algemeen. De genetische variatie van organellen kan daarom een belangrijke bijdrage leveren in het verbeteren van gewassen.
Literatuur
T.P.J.M. Theeuwen, et al., (2024) Species-wide inventory of Arabidopsis thaliana organellar variation reveals ample phenotypic variation for photosynthetic performance, Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 121 (49) e2414024121, https://doi.org/10.1073/pnas.2414024121.
Plant en Zo 