Grootste DNA-stamboom voor bloemplanten ooit onthuld

- DNA van meer dan 9.500 bloemplanten gesequeneerd om enorme DNA-stamboom te bouwen
- 'Als een periodiek systeem voor planten' - stamboom brengt verwantschap tussen planten in kaart
- DNA-sequenties van levende en eeuwenoude planten, inclusief uitgestorven en bedreigde soorten
- Nieuw licht op Darwins 'abominabele mysterie' over de evolutie van bloemplanten
- Veel toepassingen, van plantenclassificatie tot de ontdekking van nieuwe medicijnen

Een internationaal team van 279 wetenschappers uit 27 verschillende landen presenteert in het tijdschrift Nature een nieuwe, actuele versie van de stamboom van bloemplanten. UGent'ers Lars Chatrou en Federico Fabriani werkten mee aan dit baanbrekende onderzoek. 

Bloemplanten ('angiosperms') omvatten 90% van alle planten die we kennen en komen vrijwel overal op aarde voor - van de tropen tot in Antarctica. Onder leiding van de Royal Botanical Gardens, Kew (UK) werd de genetische code van honderden genen van meer dan 9.500 soorten bloemplanten geanalyseerd. Dit resulteerde in vijftien keer meer gegevens dan alle voorbije onderzoeken naar de stamboom van bloemplanten. Van meer dan 800 soorten werd het DNA nooit eerder gesequeneerd. De enorme hoeveelheid gegevens die door dit onderzoek werd ontsloten is een enorme stap in de richting van het bouwen van een stamboom voor alle 330.000 bekende soorten bloemplanten (Kew's Tree of Life Initiative).

"De diversiteit van bloemplanten is te groot om door een individuele botanicus gekend en bestudeerd te worden. Deze diversiteit is ingedeeld in ruim 400 plantenfamilies, en daarom specialiseren de meeste botanici zich in één plantenfamilie. Zelf ben ik een van de weinige specialisten wereldwijd in de 'zuurzakfamilie', die bestaat uit ongeveer 2500 soorten bomen en lianen in tropische regenwouden. Mijn collega Federico Fabriani werkte vooral met de wolfsmelkfamilie", zegt Lars Chatrou (UGent)

Eeuwenoude en zelfs uitgestorven planten

Net zoals onze eigen stamboom, stelt de stamboom van bloemplanten ons in staat om te begrijpen hoe verschillende soorten aan elkaar verwant zijn. De stamboom wordt blootgelegd door DNA-sequenties tussen verschillende soorten te vergelijken om zo veranderingen (mutaties) te identificeren die zich in de loop der tijd opstapelden. 

Een belangrijke troef aan dit onderzoek is de enorme diversiteit aan gedroogd plantmateriaal dat bewaard wordt in herbariums. In alle herbariums ter wereld, waaronder dat van de UGent, liggen in totaal zo'n 400 miljoen plantenspecimens. Ruim een derde van alle data die het team genetisch bestudeerde, kwam van herbariumspecimens. Zo slaagde het team erin om een 'sandwort' (een soort die verwant is aan onze Belgische zandmuur), een plant die bijna 200 jaar geleden in Nepal werd verzameld, te sequeneren en - ondanks de slechte kwaliteit van het DNA - toch in de stamboom te plaatsen. Het team analyseerde zelfs uitgestorven planten, zoals een verwant van de olijf van Guadalupe Island, die sinds 1875 uitgestorven is. 

"We werkten als het ware samen met botanici uit het verleden. We maakten gebruik van de schat aan gegevens in historische herbariums, waarvan sommige al in het begin van de 19e eeuw werden verzameld. Onze beroemde voorgangers zoals Charles Darwin of Joseph Hooker hadden niet kunnen voorzien hoe belangrijk deze herbariums vandaag zouden zijn. DNA was tijdens hun leven nog niet eens ontdekt!", zegt Professor William Baker, Senior Research Leader - Tree of Life.

Darwins 'abominabele mysterie'

Nadat de bloemplanten - meer dan 140 miljoen jaar geleden - ontstonden, haalden ze andere planten (zoals naaldbomen en ginko's) snel in. Het is het al generaties lang een raadsel hoe de bloemplanten kort na hun ontstaan zo snel het toneel gingen domineren. Ook Charles Darwin was verbijsterd over de schijnbaar plotse verschijning van zo'n diversiteit. In een brief uit 1879 aan Joseph Dalton Hooker, directeur van de Royal Botanical Gardens in Kew, schreef hij: "The rapid development as far as we can judge of all the higher plants within recent geological times is an abominable mystery".

Dankzij de nieuwe stamboom laten de onderzoekers nu zien hoe de bloemplanten zich in de loop van de tijd ontwikkelden. Ze ontdekten dat vroege bloemplanten inderdaad explodeerden in diversiteit, waarbij kort na hun ontstaan meer dan 80% van de belangrijkste groepen ontstonden die vandaag de dag bestaan. De snelheid stabiliseerde gedurende de volgende 100 miljoen jaar, tot aan een nieuwe diversificatiegolf ongeveer 40 miljoen jaar geleden. Deze nieuwe inzichten zouden Darwin gefascineerd hebben, en ze helpen de wetenschappers van vandaag om te begrijpen hoe en waarom soorten zich diversifiëren.

Nieuwe medicijnen

De nieuwe stamboom van bloemplanten heeft een enorm potentieel voor onderzoek naar biodiversiteit. Want net zoals je de eigenschappen van een chemisch element kunt voorspellen op basis van de plaats in het periodiek systeem, stelt de plaats van een soort in de stamboom ons in staat om zijn eigenschappen te voorspellen. De nieuwe stamboom is daarom ook vrij toegankelijk voor zowel het publiek als de wetenschappelijke gemeenschap, onder andere via de Kew Tree of Life Explorer. 

De open toegang zal wetenschappers ook helpen om de gegevens optimaal te gebruiken, bijvoorbeeld door om via artificiële intelligentie te voorspellen welke plantensoorten moleculen kunnen bevatten voor nieuwe medicijnen. 

"Het is een uitdaging is om te weten welke van de ongeveer 330.000 bloemplanten wetenschappelijk onderzocht moeten worden in de zoektocht naar nieuwe medicijnen. Bij Kew passen we artificiële intelligentie toe om te voorspellen welke plantensoorten chemicaliën bevatten met farmaceutisch potentieel voor malaria. Deze enorme nieuwe dataset biedt opwindende mogelijkheden om onze voorspellingen te verbeteren en zo de ontdekking van geneesmiddelen uit planten te versnellen", zegt Melanie-Jayne Howes, Senior Research Leader bij de Royal Botanical Garden van Kew.

Contact

Lars Chatrou

lars.chatrou@ugent.be

09 264 50 14