Wie vermoorde de bullseye?
Bloemen zijn een fascinerend onderdeel van planten. Waar de rest van de plant is stijlvol groen pakken bloemen uit. Met tig kleuren en gedaantes. Dat roept de vraag op: hoe krijgen ze dat voor elkaar?
In de recente publicatie ‘The genetic basis of replicated bullseye pattern reduction across the Hibiscus trionum complex’ is dat precies wat onderzoekers onder leiding van Edwige Moyroud proberen uit te zoeken voor het bullseye patroon in drie-urenbloemen.
Deze bloemen bloeien zoals de naam suggereert maar een paar uur. Maar wat deze groep bloemen voor wetenschappers zo interessant maakt is dat hun bullseyes verschillende grote en kleuren aannemen. Om hier gebruik van te maken gingen de groep van Moyroud eerst na hoe de verschillende soorten drie-urenbloemen aan elkaar verwant zijn. Dit deden ze door het DNA van 11 verwante soorten uit te lezen. Om daarna na te gaan hoe veel elk van de 11 soorten op elkaar leken. Dit resulteerde in een stamboom die de verwantschap visualiseerde.
Vervolgens bestudeerde de onderzoekers de bloemen van elk van de elf soorten. Ze keken naar de pigmenten van de bullseye, maar ook naar de vorm en de textuur van de cellen. Samen met de informatie uit de stamboom concludeerde de onderzoekers dat de regulatie van de hoeveelheid pigment los gereguleerd is van de vorm en textuur van de bloemblad cellen.
Kleinere bullseye
Wat ook op viel was dat twee extremen in bullseye patroon nauw verwant waren. In Hibiscus trionum CUBG nam de bullseye 15% van de bloembladeren in terwijl in H. richardsonii de bullseye maar 5 % van het bloemblad in nam. Dit leidde tot de vraag: welk gen of genen zijn verantwoordelijk voor de kleine bullseye in H. richardsonii?
De eerste stap die de onderzoekers namen om dit op te lossen was het analyseren van het effect van het kruisen van deze twee soorten. De nakomelingen van de kruising leken het meest op H. trionum, maar net niet helemaal. De generatie daarna segregeerde in drie groepen, de eerste had bloemen zoals H. trionum, de tweede bloemen zoals H. richardsonii, en de derde groep zat er net als de eerste generatie tussenin. Dit, zo zeggen de onderzoekers, suggereert dat een enkel gen verantwoordelijk is voor het verschil in bullseye grote tussen H. trionum en H. richardsonii.
Hierna keken de onderzoekers naar de eerste verdachten: de pigment biosynthese genen. Al vroeg in de ontwikkeling van de bloemblaadjes bleek het gen voor de pigment biosynthese in H. trionum actief te zijn, maar alleen in de bladbasis. Maar nu kwam iets geks, toen de onderzoekers het gen voor de pigment biosynthese in de hele plant aanzette, was het niet zo dat deze hele donkere bloemen kregen. Er was nog steeds een bullseye zichtbaar, maar de rest van de bloemblaadjes waren nu paars-roze in plaats van wit. Maar wat de onderzoekers echt verbaasde was dat in ongeveer de helft van de planten waarvan verondersteld kon worden dat het pigment biosynthese gen de hele tijd aanstaat dit niet het geval was. Daar was dan ook al het pigment in de bloemen verdwenen. Dit, zo stellen de onderzoekers, geeft aan dat er een regulerende factor aanwezig is die het gen heeft uitgezet.
Nieuwe verdachten
Om deze regulerende factor op te sporen gingen de onderzoekers na welke gen regulators aanwezig waren in de verschillende regio’s van bloembladeren. Drie trokken de aandacht van de onderzoekers. Twee, BERRY1 en 2, waren uitsluitend in de bladbasis aanwezig, in tegenstelling tot de derde, CREAM1, die uitsluitend in de tip van de bloembladeren aanwezig was.
Om het effect van BERRY1 en CREAM1 uit te zoeken ontwikkelde de onderzoekers planten waarin BERRY1 of CREAM1 altijd aanwezig waren. De bloemen van planten met altijd aanstaande BERRY1 hadden roze bloemblaadjes in plaats van witte, met een net zo opvallende bullseye. In planten met extra CREAM1 daar en tegen was de bullseye iets lichter van kleur maar niet geheel afwezig.
Vervolgens bestudeerde de onderzoekers het effect van BERRY1 en CREAM1 op de pigment biosynthese. Hiervoor keken ze hoe sterk de biosynthese genen aanstonden in de planten met extra BERRY1 of CREAM1. In planten met extra BERRY1 stond in de tip van het bloemblad het pigment biosynthese meer aan, terwijl in de bladbasis CREAM1 minder aanstond dan normaal. Dit, zo zeggen de onderzoekers, suggereert dat BERRY1 de pigment biosynthese genen aanstuurt, terwijl CREAM1 deze (indirect) afremt.
Als laatste gingen de onderzoekers na of BERRY1 of CREAM1 ook verantwoordelijk zijn voor de kleine bullseye in H. richardsonii. Hiervoor bestudeerde de onderzoekers de verschillen in gen sequentie van de genen van H. trionum en H. richardsonii. Het gen voor CREAM1 resulteerde in beide soorten in hetzelfde eiwit. Bij BERRY1 troffen de onderzoekers wel verschillen aan. Een daarvan resulteerde in een korter, inactief eiwit in H. richardsonii.
De schuldige
Om te bewijzen dat BERRY1 inderdaad verantwoordelijk was voor de kleine bullseye bestudeerde de onderzoekers welke BERRY1 variant de nakomelingen van de kruisingen tussen H. trionum en H. richardsonii hadden. Planten met bloemen die op die van H. trionum leken hadden twee versies van het H. trionum BERRY1 gen. Terwijl planten met bloemen die op die van H. richrdsonii leken twee versie van het H. richardsonii BERRY1 gen hadden. En de hybrid hoor ik je denken, die had van elke BERRY1 variant er een.
Het interessante aan deze studie is dat deze maar weer eens bewijst dat de meeste variatie tussen bloemen een gevolg zijn van functieverlies. Herinner je nog de 11 verschillend varianten van de drie-urenbloemen? Daar zaten ook vijf erg aan elkaar verwanten tussen met een rode of gele bullseye. De groep van Moyroud ging na wat het BERRY1 gen in deze varianten deed. Wat bleek, alleen de varianten met een rode bullseye had een werkende BERRY1 gen, in de varianten met een gele bullseye stond het BERRY1 gen uit. BERRY1 reguleert dus de grote van de bullseye.
Literatuur
Yeo, M.T.S., Fairnie, A.L.M., Travaglia, V., Walker, J.F., Riglet, L., Zeyrek, S. and Moyroud, E. (2025), The genetic basis of replicated bullseye pattern reduction across the Hibiscus trionum complex. New Phytol, 247: 863-883. https://doi.org/10.1111/nph.70168
Plant en Zo 