Schaduwgenen

OPNIEUW is de natuur in staat gebleken Mendels klassieke erfelijkheidswetten te omzeilen. Die wetten zeggen dat vader en moeder ieder voor de helft aan het genenpakket van hun nageslacht bijdragen. Maar onderzoek van biologen onder leiding van de Amerikaan Robert Pruitt van de Purdue University in West Lafayette toont aan dat zandraketplantjes (Arabidopsis thaliana) die van beide ouders de zogeheten Hothead-mutatie erven, die mutatie eigenhandig herstellen (Nature, 24 maart).

Mutaties in het Hothead-gen leiden tot vergroeiingen van de bloemknoppen, die daardoor een compact balletje vormen. De mutatie is recessief, wat wil zeggen dat vergroeiing alleen tot uiting komt bij planten die twee gemuteerde kopieën hebben van het gen. Die planten kunnen ontstaan uit gezonde ouderplanten met ieder één gemuteerd gen. Een op de vier planten heeft dan vergroeide bloemknoppen. De nakomelingen daarvan hebben de vergroeiing allemaal. Maar om `terug te muteren' hoeven deze kleinkinderen maar één gen te veranderen.

Volgens Pruitt gebruiken de `terugmutanten' voor de reparatie van het gen informatie die zij op een nog niet begrepen wijze van de grootouders hebben geërfd. De grootouderplanten bezitten wel een gezonde kopie van het gen. De informatie van het gen moet dan buiten de chromosomen om, mogelijk in de vorm van RNA, zijn doorgegeven aan de kleinkinderen. Dit is een totaal nieuw fenomeen in de biologie.

Pruitt en zijn collega's ontdekten enige jaren geleden tot hun verbazing dat een deel van de plantjes die zij opkweekten uit twee gemuteerde ouderplanten er toch normaal uitzagen. Het leek een fout in de proef. Maar na uitvoerig onderzoek bleek dat er geen sprake was van verwisseling van zaden of onbedoelde kruisbestuiving. De plantjes hadden op miraculeuze wijze eigenhandig de mutatie hersteld. Het fenomeen trad op bij één tot tien procent van het nageslacht.

Van de Hothead-mutaties bestaan verschillende varianten, waarbij de fout in het DNA zich telkens op een andere plaats in het gen bevindt. De Amerikanen lieten zien dat drie verschillende mutatievarianten gecorrigeerd konden worden. Telkens werd daarbij precies de juiste base in de genetische code teruggezet. Ergens in de plant moest de code van het orginele gen nog bestaan.

Omdat van Arabidopsis thaliana de gehele DNA-code bekend is, was het relatief eenvoudig uit te sluiten dat er elders op de chromosomen van het plantje een tweede, gezonde kopie van het Hothead-gen bestond. Pruitts oppert dat in de geslachtscellen van Arabidopis RNA-afschriften van de genen van voorouders meereizen. Op deze `schaduwboekhouding' van genen die in ieder geval voor de grootouders nuttig waren zouden de kleinkinderen kunnen terugvallen als zij van hun ouders alleen slechte genkopiën erven. Het mechanisme zou voor het vaak zelfbestuivende zandraketje een manier kunnen zijn om degeneratie door inteelt te voorkomen. Pruitt vermoedt dan ook dat het complete genoom is vertegenwoordigd in de schaduwboekhouding, als een soort levensverzekering voor het nageslacht.

Mogelijk is dit bizarre fenomeen van zelfreparatie niet beperkt tot alleen de zandraket of de plantenwereld. In het begeleidende commentaar in Nature zeggen de Duitse moleculair biologen Detlef Weigel en Gerd Jürgens dat vergelijkbare precieze terugmutaties ook bij de mens zijn waargenomen. Het Hothead-gen komt niet in het dierenrijk voor. Mogelijk bestaat er een parallel mechanisme dat tot nog toe over het hoofd is gezien.