DNA-volgorde sluipwesp in kaart gebracht
Impuls voor kennisontwikkeling genetische biologie
Datum: 15 januari 2010
Nasonia sluipwesp vrouwtje legt haar eieren in een vliegenpop, Ze
gebruikt hiervoor haar legboor, de dunne gele buis die de gastheer
binnendringt. Voordat ze eieren legt spuit ze haar gif in, wat er voor
zorgt dat de gastheer in optimale conditie blijft voor de ontwikkleing
van haar nakomelingen. Deze komen twee weken later uit de pop
gekropen. Eén vliegenpop bevat voldoende voedsel voor zo'n 20-40
wespen. Nasonia vrouwtjes bepalen zelf de sekse van hun nakomelingen,
meestal leggen ze maar 2-3 zonen en bestaat de rest van het legsel uit
dochters. Foto: Peter Koomen en Matthijs Zwier (RUG). Nasonia
sluipwesp vrouwtje legt haar eieren in een vliegenpop, Ze gebruikt
hiervoor haar legboor, de dunne gele buis die de gastheer
binnendringt. Voordat ze eieren legt spuit ze haar gif in, wat er voor
zorgt dat de gastheer in optimale conditie blijft voor de ontwikkleing
van haar nakomelingen. Deze komen twee weken later uit de pop
gekropen. Eén vliegenpop bevat voldoende voedsel voor zo'n 20-40
wespen. Nasonia vrouwtjes bepalen zelf de sekse van hun nakomelingen,
meestal leggen ze maar 2-3 zonen en bestaat de rest van het legsel uit
dochters. Foto: Peter Koomen en Matthijs Zwier (RUG).
Samen met een groep internationale collega's hebben onderzoekers van
de vakgroep Evolutionaire Genetica van de Rijksuniversiteit Groningen
de DNA-volgorde opgehelderd van drie nauw verwante soorten Nasonia
sluipwespen. Het sluipwespengenoom is op 15 januari 2010 gepubliceerd
in het wetenschappelijke tijdschrift Science.
Sluipwespen kunnen worden ingezet als biologische bestrijders van
schadelijke plaaginsecten. Nu meer over hun genetische eigenschappen
bekend is zullen ze nog bruikbaarder worden voor dat doel. Maar hun
belang voor de wetenschap is groter, want de sluipwesp kan het
fruitvliegje verdringen als hét modelsysteem voor genetisch onderzoek.
Modelorganisme
Nasonia sluipwespen leggen hun eieren in poppen van vliegen. In de
natuur worden poppen in vogelnesten en kadavers gevonden, maar ze zijn
ook gemakkelijk te kweken in het laboratorium. Die laatste eigenschap
heeft ervoor gezorgd dat de sluipwesp zich in de afgelopen decennia
heeft ontwikkeld tot een modelorganisme voor genetisch en evolutionair
onderzoek.
Uit onderzoek bleek dat de Nasonia wespen genen hebben die bepalen
welke insecten de sluipwesp zal aanvallen. Dat is kennis die kan
worden gebruikt om sluipwespen nog geschikter te maken bij de
biologische bestrijding van insecten waar mensen last van hebben. Ook
zijn de genen opgehelderd die betrokken bij het aanmaken van het
wespengif. Omdat het gif van sluipwespen direct ingrijpt op de
fysiologie van het dier dat gestoken wordt, zal het vinden en
onderzoeken van de gifgenen waarschijnlijk een rijke bron blijken voor
de ontwikkeling van nieuwe medicijnen, bijvoorbeeld voor neurologische
toepassingen.
Pluspunten
Als genetisch modelsysteem hebben de sluipwespen een aantal
belangrijke pluspunten. Ze hebben de potentie om zelfs het
fruitvliegje te verdringen dat tijdenlang hét modelorganisme was voor
genetische studies. Fruitvliegjes zijn gemakkelijk te kweken in het
laboratorium en hebben een generatietijd van twee weken. Daardoor zijn
kruisingen gemakkelijk uit te voeren, wat erg belangrijk is voor goed
genetisch onderzoek.
Haplodiploid
Nasonia wespen hebben al deze eigenschappen ook, maar er is een
belangrijke eigenschap die Nasonia extra aantrekkelijk maakt. Omdat
Nasonia mannetjes ontstaan uit onbevruchte eitjes (net zoals bij de
honingbij) hebben Nasonia mannetjes maar één set chromosomen in plaats
van twee, zoals het geval is bij fruitvliegen en mensen. Uit bevruchte
eitjes ontstaan Nasonia vrouwtjes die wel twee sets chromosomen
hebben. Deze voortplantingsvorm noemt men haplodiploid en is erg
handig bij het opsporen van genen en onderzoek naar interacties tussen
genen.
Celdifferentiatie
Een ander verschil met fruitvliegen is dat de wespen, net als mensen
en andere gewervelde dieren, de chemische structuur van hun DNA kunnen
veranderen door een proces dat methylatie wordt genoemd. Dit proces
speelt een belangrijke rol in het aan- en uitschakelen van genen
tijdens de ontwikkeling, maar kan, als er iets mis gaat, ook ten
grondslag liggen aan aangeboren afwijkingen. Daarom is de Nasonia wesp
ook belangrijk in het onderzoek naar het proces van celdifferentiatie,
dat bepalend is voor de ontwikkeling van een eicel tot een compleet
lichaam met verschillende organen.
Hybride nakomelingen
Een voordeel van deze drie nauw verwante Nasonia soorten is dat ze
onderling kunnen worden gekruist. In tegenstelling tot bijvoorbeeld
paarden en ezels (geeft onvruchtbare muilezels/muildieren) levert dit
vruchtbare hybride nakomelingen op. Dit vergemakkelijkt het opsporen
van genen die een rol spelen bij het tot stand komen van verschillen
tussen soorten. Door de bepaling van de DNA-volgorde van drie nauw
verwante soorten is het nu mogelijk om te bestuderen welke
veranderingen er zijn opgetreden tijdens en na de splitsing van de
soorten. Dat is een grote stap voorwaarts in het onderzoek naar een
van de belangrijkste vragen die opkwamen na de publicatie van Darwin's
Origin of Species.
Interessant in dat kader is de ontdekking dat het DNA van de
mitochondriën - de energiecentrales van de cel die een eigen, relatief
klein, genoom hebben - erg snel evolueert in Nasonia. Ook genen in de
celkern moeten dan snel evolueren om het mitochondriaal DNA bij te
houden. Het zijn dergelijke, aan elkaar aangepaste gencomplexen, die
uit balans raken in de hybride nakomelingen die ontstaan door het
kruisen van verschillende soorten. Verschillende onderzoeksgroepen,
waaronder Evolutionaire Genetica van de RUG, proberen uit te vinden
welke interacties er precies minder goed afgestemd zijn in het hybride
nageslacht.
Mitochondriën
Omdat mitochondriën een belangrijke rol spelen in een aantal
menselijke ziekten, maar ook in veroudering en vruchtbaarheid, zou het
onderzoek aan de snel evoluerende mitochondriën van Nasonia een beter
inzicht in deze processen kunnen opleveren.
Een van de Groningese onderzoekers uit het project is bioloog dr. Bart
Pannebakker. "Ik ben er heilig van overtuigd," zegt hij," dat de
gepubliceerde DNA-volgorde zal leiden tot een betere kennis van
fundamentele processen in de biologie. Dat geldt zeker voor de
evolutie- en ontwikkelingsbiologie waarin Nasonia zo'n belangrijk
modelsysteem is geworden."
Het onderzoek is mede mogelijk gemaakt met steun van NWO
Rijksuniversiteit Groningen