Dynamisch stuk van petunia-DNA verantwoordelijk voor grote variatie in bloemvorm en bloemkleur

#bloemen #onderzoek

Petunia’s heb je in vele soorten en maten. Mede daardoor zijn het populaire perkplanten, die in mei en juni in de tuin en op het terras verschijnen. Die variatie vind je niet alleen bij de petunia’s in de winkel, ook wilde petunia’s hebben een grote variatie in kleuren en vormen. En dan weet je één ding zeker: al die verschillende petunia’s worden waarschijnlijk bestoven door even zoveel verschillende insecten. Het ene insect wordt aangetrokken door paarse bloemen, het andere door witte, het ene insect kan een hele smalle bloem in en het andere kan als enige door een hele lange bloembuis nog nét bij de nectar komen.

Een groot internationaal team met onder andere wetenschappers van Wageningen University, heeft nu het DNA van twee wilde petunia-soorten in kaart gebracht en gepubliceerd in Nature Plants. En wat blijkt: in het stuk DNA met genen, die betrokken zijn bij bloemkleur en bloemvorm, is veel variatie tussen de twee soorten aanwezig. Je zou het een ‘hot spot’ van genetische diversiteit kunnen noemen, andere delen van het petunia-DNA variëren veel minder sterk.

Petunia’s die in de winkel te koop zijn, zijn over het algemeen nakomelingen van een kruising tussen twee wilde soorten: Petunia axillaris en Petunia inflata. De hybride petunia werd, heel toepasselijk,Petunia hybrida genoemd. Door deze hybrideplanten verder te kruisen en te selecteren ontstonden in de loop van de jaren de vele varianten. In het DNA van Petunia hybrida werden veel meer genen van de wittePetunia axillaris gevonden dan van de paarsige Petunia inflata. De onderzoekers schrijven dat dit te maken kan hebben met de witte bloemkleur van deze soort. De andere bloemkleuren komen waarschijnlijk makkelijker naar voren wanneer je als plantenveredelaar in je kruisingsprogramma’s relatief veel gebruik maakt van de witte soort.

Volgens de onderzoekers is Petunia axillaris via evolutie ontstaan uit een voorouder die sterk leek op Petunia inflata. Het axillaris-type ontstond doordat de plant via een mutatie in een gen niet meer in staat was de paarse kleurstoffen te maken. Min of meer tegelijk werd door evolutie de geur van de bloemen veel sterker. Zo werden de axillaris-planten aantrekkelijk voor motjes, terwijl de ‘originele’ inflata-bloemen juist door bijen bezocht worden.

Artikel in Nature Plants

Het artikel in Nature Plants laat ook zien dat Petunia een goed ‘modelsysteem’ is voor onderzoek aan planten. Ze groeien makkelijk, vormen snel een nieuwe generatie en je kunt eenvoudig mutaties maken en zien, bijvoorbeeld in de bloemen. Ook zit Petunia in dezelfde familie als belangrijke voedselgewassen zoals tomaat en aardappel: de Solanaceae. Omdat de planten aan elkaar verwant zijn, kunnen onderzoekers en plantenveredelaars dankzij het in kaart gebrachte petunia-DNA nog beter onderzoek doen naar de functies van genen in het DNA van tomaat en aardappel.

Ook tomaten

Aan de ontrafeling van het petunia-DNA hebben veel verschillende groepen meegewerkt, elk met hun eigen belangstelling voor petunia’s. Zo heeft de Wageningse groep, de leerstoel Biosystematiek, in het DNA gekeken naar ‘sporen’ van verdubbeling of verdrievoudiging van het gehéle genoom (al het DNA). De onderzoekers vonden inderdaad stukken DNA die daar kenmerkend voor zijn. Zo vonden ze sporen van de DNA-verdrievoudiging die ook in tomaten is gevonden en die bekend staat als specifiek voor de familie van de nachtschaden, de Solanaceae. Door de DNA stukken in petunia te vergelijken met die van tomaat en een plant uit een andere familie, konden de Wageningse onderzoekers iets zeggen over het tijdstip waarop de verdrievoudiging van het DNA plaatsvond: ongeveer 49 miljoen jaar geleden.

MiRNAs

Samen met de groep Plantengenetica van de Radboud Universiteit, Nijmegen, is gekeken naar kleine RNA’s (microRNA’s, miRNA’s) in petunia. MiRNAs zijn betrokken bij het sturen van de activiteit van genen, onder andere tijdens de ontwikkeling van de plant. Er is eerst gekeken welke miRNAs in bloemknoppen zitten en daarna zijn hun genen in het petunia DNA in kaart gebracht. Uit de DNA-bouwsteenvolgordes bleek dat Petunia axillaris en Petunia inflata dezelfde genen voor miRNAs hebben. Deze genen zijn dus al ontstaan vóórdat vanuit Petunia inflata de nieuwere soort Petunia axillara ontstond. Genen die in evolutietermen lang hetzelfde blijven, hebben overeen het algemeen een belangrijke functie.