Grote verschillen en opvallende overeenkomsten in Brassica verklaard

Spruitjes, bloemkool, boerenkool, broccoli, witte kool en koolrabi zijn gewassen die afstammen van wilde Brassica oleracea. Chinese kool, paksoi, raapzaad en meiraap stammen af van wilde Brassica rapa. Al deze gewassen zijn door boeren eeuwenlang geselecteerd en aangepast. De meeste  Brassica oleracea gewassen in Europa en de meeste Brassica rapa gewassen in Azië, dus onafhankelijk van elkaar. Toch lijken witte kool en Chinese kool op elkaar, en ook meiraap en koolrabi hebben grote overeenkomsten.

Dit roept een tweetal vragen op:

• Hoe komt het dat er zoveel verschillende gewastypen binnen Brassica soorten zijn ontstaan? (Diversificatie)
• Hoe komt het dat op verschillende plekken, uit verschillende soorten dezelfde gewastypen zijn ontstaan? (Convergente domesticatie) 

In Nature Genetics is in augustus 2016 een publicatie verschenen van onderzoekers uit Nederland, China en USA die deze vragen hebben onderzocht. Dit deden ze door de volgorde van de nucleotiden in het DNA te bepalen van 318 monsters van B. rapa en B. oleracea van verschillende gewastypen en geografische herkomsten.

Genoom triplicatie

Het was al door eerder onderzoek bekend dat 16 miljoen jaar geleden het genoom van de voorouder van Brassica verdrievoudigd was (genoom triplicatie). Door de tijd zijn de genomen van de verschillende soorten veranderd, maar in principe bevatten de genomen van alle Brassicasoorten 3 kopieën van deze oude subgenomen. En dus 3 kopieën van een groot aantal genen die afstammen van de genen van die voorouder (paraloge genen).

Diversificatie

Uit de analyse van de DNA volgorde van de verschillende typen van de twee Brassicasoorten hebben de onderzoekers voor het eerst kunnen vaststellen dat de verdriedubbeling van genomen de reden is dat er zoveel verschillende typen Brassicagewassen konden ontstaan.

Guusje Bonnema, één van de auteurs van het artikel legt in het Wageningen UR persbericht uit: “Een goed bewaarbare kool is mooi gesloten. Daartoe moeten de bladeren om elkaar vouwen. Doordat er drie kopieën van een bepaald gen aanwezig zijn, kan bijvoorbeeld een kopie een mutatie krijgen waardoor het blad gaat vouwen terwijl de andere kopieën de oorspronkelijke functie behouden. Wanneer je dit vergelijkt met andere soorten zonder genoomduplicatie zie je dat deze soorten veel minder variaties laten zien. Een mutatie in een gen zal minder snel geselecteerd worden en vervolgens weer verdwijnen.”

Convergente domesticatie

De onderzoekers konden ook vaststellen dat de genoom triplicatie in ieder geval gedeeltelijk de oorzaak is dat in 2 soorten dezelfde kenmerken gedomesticeerd konden worden. Voorbeelden van zo’n convergente domesticatie zijn de verdikte stengel in koolrabi (B. oleracea) en meiraapjes (B. rapa) en de omgevouwen bladeren in sluitkool en Chinese kool. De onderzoekers toonden aan dat in de twee soorten op vergelijkbare gebieden van het DNA variaties aanwezig waren, die voor die eigenschappen zorgen, maar dan wel op verschillende subgenomen.

Boeren in Europa en Azië hebben dus onafhankelijk van elkaar geselecteerd op de aanwezige variatie van een gen die voor een verdikking van de stengel of het vouwen van de bladeren codeert.

(Bron foto: CGN)