Woestijnplanten varieren ploidieniveau per orgaan

Dieren zijn doorgaans diploid: in dierlijke lichaamscellen is het aantal chromosomen, het ploidie-niveau, meestal tweemaal zo hoog als dat in zaad- of eicel (die haploid zijn: ze hebben een enkel stel chromosomen). Planten hebben meer speelruimte. Aardappels hebben vier sets en tarweplanten vier, zes of acht sets chromosomen.

In de IJsbloem (Mesembryanthemum crystallinum) en andere kleine vetplantjes hebben moleculaire biologen van de Universteit van Arizona hele reeksen chromosoomaantallen (ploidieniveaus) aangetroffen, met 1, 2, 4, 8, 16, 32 of 64 maal het aantal van de (haploide) kiemcellen. Het bijzondere hierbij was, dat het chromosoomaantal binnen de individuele plant van weefsel tot weefsel kon verschillen en tevens afhankelijk bleek van het ontwikkelingsstadium van het weefsel. Hoe ouder het blad, hoe meer chromosomen per cel.

Het aantal sets chromosomen zegt op zichzelf weinig over de hoeveelheid DNA per cel. Er zijn planten die zeer kwistig met DNA omspringen, zoals de Kievitsbloem, en andere die er juist heel zuinig mee doen.

Bij het verschijnsel dat de ploidiegraad per weefsel varieerde, ging het in alle gevallen om 'DNA-zuinige' planten. Bovendien waren dit allemaal vetplanten. Wellicht, speculeren de onderzoekers, kunnen deze planten zich dankzij de mogelijkheid het chromosoomaantal te varieren beter aanpassen aan hun droge omgeving.

De onderzoekers kleurden stukjes planteweefsel van de IJsbloem met fluorescerende stoffen en maakten vervolgens gebruik van een speciaal apparaat, de doorstroomcytometer, om het DNA-gehalte van celkern tot celkern te bepalen. Het DNA-gehalte van de rijpe meeldraden (met een set chromosomen) werd als uitgangspunt genomen. Aan de hand daarvan kon men uitrekenen, wat het ploidieniveau van de andere onderzochte weefsels moest zijn.

Volgens de onderzoekers kan het chromosoomaantal in sommige weefsels exponentieel toenemen, doordat in de weefsels de chromosomen in de celkernen zich herhaaldelijk delen, zonder dat ook de bijbehorende cellen tot deling overgaan. In jonge, zich snel delende bladeren was 57 procent van de cellen diploid (2x) of tetraploid (4x), in oudere bladeren was slechts 33 procent di- en tetraploid, het grootste deel van de cellen was polyploid.

Het hierboven omschreven fenomeen van endopolyploidie werd bij de IJsbloem pas ontdekt, nadat bij 39 andere plantesoorten waarop men dezelfde techniek had losgelaten, niets bijzonders was gevonden. Dat bracht de onderzoekers op het idee om na de IJsbloem ook andere vetplanten te bekijken. Acht daarvan bleken inderdaad met hun chromosoomaantallen te schuiven. De twee overige, beide Aloes, deden dat niet.

Typerend voor deze planten is dat ze op diploid niveau al over een zeer grote hoeveelheid DNA beschikken, minstens 50 maal zoveel als de IJsbloem. Misschien is dat een andere strategie om hetzelfde effect te bereiken. Blijkbaar komt dat van pas in de woestijn, maar waarom blijft een raadsel. (Science 5 october)