Een belangrijk uitgangspunt in de biologie is wellicht fout: niet alleen natuurlijke selectie beslist waar mutaties optreden. Door bepaalde genen stabieler te maken, heeft ook de epigenetica daar invloed op.
Een fundamentele veronderstelling over het ontstaan van mutaties, en dus ook over evolutie, is mogelijk verkeerd. Nieuwe mutaties in het genoom zijn blijkbaar niet willekeurig verdeeld, meldt een team onder leiding van J. Grey Monroe en Detlef Weigel (Max Planck Instituut Biologie, Duitsland) in Nature. Uit een volledig overzicht van nieuw gevormde veranderingen in het DNA van de zandraketplant (Arabidopsis thaliana), blijkt dat in genen maar half zoveel mutaties voorkomen als in de rest van het DNA. In genen die cruciaal zijn voor het functioneren van de plant traden zelfs tweederde minder nieuwe veranderingen op. Tot nu toe gingen specialisten ervan uit dat mutaties willekeurig in het genoom verschijnen en pas in volgende generaties door natuurlijke selectie uit belangrijke genen verdwijnen.
Het team onderzocht de genomen van vierhonderd verschillende kweeklijnen van de zandraket om mutaties op te sporen die in individuele planten nieuw waren ontstaan en die dus nog niet aan natuurlijke selectie waren onderworpen. De biologen catalogiseerden zowel nieuwe mutaties in de kiembaan in de zaden, als zogenoemde somatische mutaties die in de loop van het leven van de planten waren ontstaan. Uit die eerste analyse bleek al dat sommige delen van het DNA veel gevoeliger zijn voor mutaties.
Mutaties hangen samen DNA-eigenschappen
Het team legde vervolgens een verband tussen de frequentie van mutaties in een bepaald deel van het DNA en zijn fysische en chemische eigenschappen, zoals epigenetische veranderingen in het DNA zelf of in de histonen, de frequentie waarmee elke nucelobase voorkomt of de mate waarin dat deel van het DNA van buitenaf toegankelijk is. Dat die factoren ervoor zorgen dat mutaties niet zo willekeurig zijn, werd op zijn minst al vermoed. Het bleek inderdaad dat in delen met bijzonder weinig mutaties bepaalde factoren voorkomen die een erg doeltreffend herstel van DNA-schade bevorderen, zoals epigenetische veranderingen in de histonen.
Een groot aandeel van de nucleobasen cytosine en guanine maakt DNA chemisch stabieler. Gemetyleerd cytosine is juist meer vatbaar voor chemische veranderingen die tot mutaties leiden. De onderzoekers vonden dan ook hogere percentages gemethyleerd cytosine in gebieden met meer mutaties. Bovendien belemmert een zeer toegankelijke DNA-structuur herstelenzymen, waardoor op die plaatsen ook vaker mutaties optreden. Regulerende gebieden die de transcriptie van genen in gang zetten, bijvoorbeeld gebieden waar transcriptiefactoren aan binden, zijn dikwijls meer toegankelijk. Genen zelf bleken daarentegen aanzienlijk stabieler.
Hoewel veel van deze invloeden al bekend waren, is hun impact op de verspreiding van nieuwe mutaties toch verrassend. De onderzoekers vermoeden dat het verschil in stabiliteit van bepaalde delen van het DNA zelf het resultaat is van natuurlijke selectie. Het is een duidelijk evolutionair voordeel als cruciale genen voor overleving stabieler zijn. Het blijft echter onduidelijk waarom niet het volledige genoom zo stabiel mogelijk is. Wellicht belemmeren bepaalde belangrijke eigenschappen van delen van het DNA een grotere stabiliteit. Maar het zou ook kunnen dat natuurlijke variatie tussen nakomelingen, ontstaan door verschillen in genregulatie door willekeurige mutaties, op zichzelf een evolutionair voordeel is.
Dit artikel verscheen eerder in Spektrum.
