Genoom van de bladluis ontrafeld
De Leidse evolutiebioloog Maurijn van der Zee werkte mee aan
een gigantisch internationaal project om het erfelijk materiaal
van de erwtenbladluis Acyrthosiphon pisum te beschrijven. De
meer dan honderd auteurs publiceren hun bevindingen in het
online tijdschrift PLoS Biology.
Baboesjkapopprincipe
Het genoom bevat de informatie om vier totaal verschillende
vormen van de bladluis te maken: mannetjes, vliegende seksuele
vrouwtjes en aseksuele vrouwtjes met of zonder vleugels. De
vleugelloze vrouwtjes dragen in hun buik een nieuwe generatie
vleugelloze vrouwtjes mee die zelf ook weer zwanger zijn. Door
dit `baboesjkapopprincipe' kunnen bladluizen binnen de kortste
keren een enorme plaag vormen. Als het te druk wordt, ontstaan
vliegende aseksuele vrouwtjes die zich weer verspreiden om zich
op nieuwe planten te vestigen. Als het winter wordt ontstaan
sexuele vrouwtjes, die na paring met de mannetjes eieren leggen
die de winter kunnen overleven.
De levenscyslus van de erwtenbladluis.
Verschillende verschijningsvormen
Eén van de opvallendste resultaten van het onderzoek is dat het
bladluizengenoom veel meer gedupliceerde genen bevat dan de
genomen van andere insecten. Genduplicaties komen bij alle
dieren vaak voor, maar vaak raakt één van de kopieën na verloop
van tijd defect. Bij de bladluis lijken alle kopieën echter
functioneel. Misschien heeft de bladluis zoveel licht
verschillende varianten van de genen nodig om al die
verschillende verschijningsvormen te kunnen maken: de
mannetjes, de vliegende vrouwtjes en de aseksuele vrouwtjes.
Dit is onderwerp van verder onderzoek.
Gevleugeld vrouwtje van de erwtenbladluis. Foto: B. Chaubet,
INRA, Frankrijk.
Symbiose
De bladluis leeft in symbiose met de bacterie Buchnera
aphidicola. Deze bacterie maakt essentiële aminozuren voor de
bladluis die hij zelf niet kan maken. Op zijn beurt maakt de
bladluis weer essentiële aminozuren voor de bacterie. Deze
noodzakelijke symbiose is ook terug te vinden in het genoom: de
bladluis mist enkele essentiële genen die de bacterie wel
heeft, en andersom. Twaalf genen zijn zelfs verhuisd van het
bacteriegenoom naar het genoom van de bladluis. Dit lijkt wel
een beetje op het ontstaan van de dierlijke mitochondriën: deze
energiefabriekjes in onze cellen waren ooit vrij levende
bacteriën maar zijn nu eenvoudigweg celonderdelen geworden. Hun
bacteriële genen zijn grotendeels verhuisd naar de dierlijke
celkern.
Een vleugelloos, aseksueel vrouwtje van de erwtenbladluis
produceert een nieuwe generatie vleugelloze, aseksuele
vrouwtjes. Foto: Shipher Wu, Nationale Universiteit van Taiwan.
Mieren
Bladluizen zijn nog in een andere opvallende symbiose
verwikkeld: ze leven samen met mieren. De luizen scheiden
suikers uit in ruil voor bescherming. De oorprong van deze
samenleving zou wel eens heel logisch kunnen zijn. De
bladluizen zuigen sap uit planten. Dat bevat zoveel suikers,
dat de luizen de overmaat wel moeten uitscheiden. Mieren maken
hier gebruik van. Hun agressieve aanwezigheid houdt luizeneters
zoals lieveheersbeestjes op een afstand. Tegenwoordig scheiden
bladluizen actief suikers uit om mieren aan te trekken en de
mieren `melken' op hun beurt actief de bladluizen om aan
suikers te komen.
De Buchnerabacteriën in groen in het achterlijf van de
erwtenbladluis.
Veni-beurs
Van der Zee werd gevraagd mee te werken aan het
sequencingproject omdat hij ervaring had met het beschrijven
van een ander insectengenoom: dat van de meelkever Tribolium
castaneum. Aan deze kever werkt hij de komende drie jaar in
Leiden ook nog, met een Veni-beurs. `Het grappige is dat ik die
hele bladluis nog nooit heb gezien', zegt Van der Zee. `Het
enige dat ik nodig had was een computer om in de volgorde van
A-tjes, C-tjes, G-tjes en T-tjes te ontdekken wat voor genen er
in het genoom zaten. Dit soort projecten zijn eigenlijk de
soortbeschrijvingen van de 21e eeuw. Ze zijn op zich niet zo
interessant, maar bieden wel een stevig houvast voor verder
onderzoek, in dit geval bijvoorbeeld ook naar bestrijding van
luizenplagen.'
Universiteit Leiden