Samenvatting van de lezing van 24 maart 2012 De moleculaire revolutie in de systematiek: zin en onzin

AFZETTINGEN WTKG 33(2),2012 44

Samenvattingvande lezing van24maart2012

De

moleculaire

revolutie

in de

_systematiek:

zin

en

onzin

Edi

_Gittenberger

¹

DNA,

nucleotiden,

sequencen

DNA komtvoorin

_de,

_per

afzonderlijke cel,

in veelvoud

aanwezige

mitochondria

_(mtDNA)

enin de

enkelvoudige

celkern of nucleus

_(nDNA).

Daarom wordt mtDNA het

meest

gebruikt,

ook

_bijv.

als hetom zgn. ‘ancient’ DNA

(aDNA)

gaat.Dat is relatief

oud,

meerof minder sterk

ge-fragmenteerd

DNA,dat minder

_goed

_{bruikbaar is} gewor-den. DNA kan

_eenvoudig

worden omschreven als twee

lange

ketens vanachter elkaar

_geschakelde

bouwstenen, de nucleotiden adenine

_{(A), guanine (G), thymine (T)}

en

cytosine (C).

Detweeketens

_spiraliseren

omelkaar heen

(de ‘dubbelhelix’),

doordat denucleotidenuit beide ketens

volgens

vaste

regels

verbindende

_bruggen

vormen.

[Het

RNA is

opgebouwd

als _een

_enkelvoudige

keten van

nu-cleotiden,

dieeveneens

bruggen

vormen, waardoorer een

ingewikkelde ruimtelijke

structuurontstaat.In het RNA is

thymine (T)

vervangen dooruracil

(U)].

Bij

het moleculair

_systematisch

onderzoek wordt door

se-quencen de

nucleotidenvolgorde vastgesteld

vanminstens

één

_bepaald

stuk DNA. Zo’n_segmentwordt meestaleen

‘marker’of,

onjuist, ‘gen’ genoemd (het

is immers meest-al

geen

kompleet

gen).

Er

zijn

manierenom

homologe

(vergelijkbare)

stukkenDNA,

afkomstig

uit verschillende soorten,met elkaarte

_vergelijken

_{(‘alignment’).}

Dat le-vertdan

bijvoorbeeld

voorsoortXeenreeks van

honder-den of nog veelmeernucleotiden op, die

genummerd zijn

op basisvanhun

positie, bijv.

AAGTTTCGATG... voor

de

_posities

1234567891011.. .VoorsoortY vinden

we

bijv.

AAGTCTCGTTG... en voorsoortZ

AAGTCT-CGTTG... De

_{onderstreepte nucleotiden,}

_op

_posities

5en

9,vertellen iets. Als weop basis van

voorafgaand

onder-zoek _aannemendat_voor

_posities

4 5 6 de

oorspronkelij-ke

_{nucleotidenvolgorde}

TTT

is,

zienwe

bij

soortenYen

Z de

_{volgorde TCT,}

duseenmutatie op

positie

5. We

ne-men danaandat dietwee soortenafstammenvan een

ge-zamenlijke voorouder, waarbij

diemutatie ooit

_plaatsvond,

zodat

_{destijds, bij}

die

_voorouder,

_op

_positie

5 in

_plaats

van

de

_{oorspronkelijke}

TeenC kwamte staan.Dus

_zijn

Yen

Z

_onderling

nauwerverwant dan elkvanhenmetX. Die

verwantschap

wordt ondersteund door

_{positie 9,}

waarYen

Z allebeieenT

hebben, verwijzend

naarde

gezamenlijke

vooroudermet

_T,

_enXeenA.

Verwantschap

Inde

_praktijk

is het helaas

_lang

niet

_altijd

zo

eenvoudig

als in het voorbeeldmetX,Y_enZ. In dat voorbeeld

suggere-ren

posities

5en9 dezelfde

verwantschap,

maar soms

wor-den

_{tegengestelde}

_{verwantschappen}

_{aangegeven. Daarom} is het

_nodig

om eenflinkgrootstuk DNAte

_gebruiken.

Er

zijn

immersmaarvier alternatieve

_{mogelijkheden,}

waar-door het

_mogelijk

isomintwee _stappenweer

bij

de

oor-spronkelijke

toestand_terugte

_zijn.

In dat

geval

latentwee mutaties geen sporen in het DNAna.De mutatie vanTnaar

C inonsvoorbeeldkan best ook

onafhankelijk

insoorten YenZ hebben

plaatsgevonden,

en wekunnen ook niet

uit-sluiten dat_er

_bij

soortXeenzgn.

terugmutatie,

vanCnaar

T is

opgetreden.

Het kan allemaal.

Bij

de computergestuur-de

_analyses

vande_{groteaantallen DNA gegevensgaat}het daarom

_uiteindelijk

om

waarschijnlijkheden.

Het

voorafgaande beschrijft

het

_opstellen

_{van een} stam-boomvoor

genetische markers,

niet automatisch ookvoor

desoortenzelf. Het is best

_mogelijk

dateensoortzich door mutaties

_opsplitst

intweesoorten, zonder dat de door de

systematicus

gebruikte

stukken

_DNA,

die

_mogelijk

niets metde soortverschillentemaken

_{hebben, gelijktijdig}

óók muteren.Daarom

_gebruikt

men

tegenwoordig

meestalmeer

dan één markeromde evolutionaire

_geschiedenis

van een taxonte

achterhalen,

liefst bovendienmten n.

Mutatiesnelheid

Er

_zijn

_{nog heel}watandere zakenwaar we

bij

de

toepas-sing

vanmoleculairemethoden

_rekening

meemoeten hou-den. Het maakt

_bijvoorbeeld

eengrootverschil ofwede

ver-wantschap

tussenindividuen

_(wie

is de

_dader?)

ofsoorten willenonderzoeken,ofde

fylogenetische

relatiestussenveel

hogere

taxain het_systeemwillen

_kennen,

zoalstussen

plan-ten,

fungi

endieren.

Bij

al datsoortonderzoek kunnen

mo-leculaire markers worden

gebruikt,

maarniet steeds

dezelf-de. Het vindenvandemeest

geschikte

marker iseenkunst

opzich. Verschillende stukken DNA kunnen

namelijk

heel sterk verschillen in

_stabiliteit,

_{dat wil zeggen}

_gevoeligheid

voor

mutaties,

ofwel mutatiesnelheid.Dat

hangt

nauw samen metde functievanhet betreffende stuk DNA. Ooktussen

diergroepen

kunnenerverschillen in dit

opzicht

bestaan.Af-hankelijk

vanhettaxon

niveau,

van

hoog

naar

laag,

worden markersmet_{een zeer}

_lage

tot

_hoge

mutatiesnelheid

_gebruikt.

Het is

tegenwoordig

niet

_{ongebruikelijk}

_omtermenals

‘mo-leculaire

_{systematiek’}

of ‘moleculaire

_fylogenie’

te

gebrui-ken. Het_suggereertdater een

bijzonder

soort

_systematiek

bestaat_{en een}

apartsoort

fylogenie.

Dat iseen

vergissing.

Er ismaaréén

fylogenie,

zoalserookmaaréén

evolutio-naire

_{geschiedenis bestaat,}

diemen zo

goed mogelijk

wil

reconstrueren om

vervolgens

in de

_{systematische indeling}

tot

_uiting

tekunnen

brengen.

De

systematicus gebruikt

zo-veel

_mogelijk

_gegevensomtot eenclassificatietekomen waaruit de

_{natuurlijke verwantschappen}

kunnen worden

afgeleid.

Eerst werden

bij

de

_{molluskensystematiek}

vooral

schelpkenmerken

gebruikt.

Later kwam daar de anatomie

bij. Tegenwoordig

levert vooral het DNA nogweerextra

gegevens. Daardoor iser meer

mogelijk

dan vroeger,maar

het DNA is

AFZETTINGEN WTKG 33(2),2012 45

De

mutatiesnelheid,

die binnen ruime

grenzen

varieert,

wordt

_gebruikt

omde ouderdomvantaxa te

bepalen

met

behulp

vanhet

zogenoemde

‘moleculaire-klokmodel’. Als twee taxa

lang geleden

uitéén voorouder

zijn

ontstaan, zul-len_zesterker in hun DNA verschillen danwanneerde

split-sing

vanveelrecenter datum is. Het vindenvandemeest

geschikte marker,

is

_daarbij

alweer niet

_eenvoudig.

De

mu-tatiesnelheidkante

laag

ofte

hoog zijn, waarbij

respectie-velijk

geen verschillen worden

gezien,

of chaos door

‘ver-zadiging’,

zoals ook

_{bij ‘Verwantschap’}

werd

_opgemerkt.

In het laatste

geval

kunnenerop één

plaats

eenonbekend aantal mutaties

_{zijn opgetreden,}

_{of geen. Zo kan}

bijvoor-beeld de waargenomen

verandering

vanAnaarC door één mutatietot stand komen

(A-C),

maarook viaeen_omweg

(bijv.

A-T-C of

_A-G-A-C).

Waterecht

gebeurd

is,

blijft

onzichtbaar. Het kan in dit voorbeeld dusoméén

(A-C),

twee

_(A-T

_en

_T-C)

of zelfs drie

_(A-G,

G-Aen

A-C)

muta-ties gaan. Die verschillen

zijn

van

belang,

wantéén muta-tie

_impliceert

eenkortere

_periode

van

gescheiden

evolutie

(nauwere verwantschap)

dantweeof zelfs drie mutaties. Soms

_zijn

ermutaties

opgetreden,

maaris dat nietmeerte

zien,

omdat de

_{begintoestand}

weer is

teruggekeerd, bijv.

bij

A-G-T-A

_{(dus A-G,}

G-Ten

T-A).

Er

lijkt

dan niets ge-beurdte

_{zijn, terwijl}

erin feite al drie keereenmutatie is

opgetreden.

Kortom,naarmatehetmuteren

_langer

aanhoudt worden de waargenomen verschillenenovereenkomsten

minder

_goed

bruikbaarom er dematevan

verwantschap

optebaseren.

Aminozureneneiwitten

Het DNA is essentieelvoorde

vorming

vande eiwitten in een

organisme.

Eiwitten

_zijn

voorhet levenvangroot

be-lang.

Het

_{zijn lange}

ketensvan aanelkaar

gekoppelde

ami-nozuren.Een reeksvandrie

nucleotiden,

eenDNA

triplet

(of codon),

is

_nodig

oméén

_bepaald

aminozuurte

‘van-gen’.

Het

_organisme

moet

_vervolgens

de aminozuren in de

goede volgorde

toteeneiwit combineren.

Destructuurvan

sommige

stukken DNA is uiterst

belang-rijk

voor een

organisme

en

dergelijke

stukken muteren

(evolueren) bijzonder langzaam (bijv.

de zgn. ribosomale

genen). Zgn. ‘junk’

DNA

_{daarentegen, waarbij}

_geen func-tionele

_{triplets voorkomen,}

is hetmeestvariabel.

_Daarbij

is de

_{nucleotidenvolgorde}

_kennelijk

veel minder

belang-rijk

enworden mutaties niet of

nauwelijks

door selectie

verwijderd.

Ofer

werkelijk

DNA zonder

_enige

functie be-staat, is omstreden. DatsoortDNAzoudan de

allerhoog-stemutatiesnelheidhebben.

Omdat de derde nucleotide ineen

triplet

niet steeds

es-sentieel ister

_bepaling

van eenaminozuur,wordt die ‘der-de

_positie’

als minder betrouwbare indicator

_{bij analyses}

soms

weggelaten.

Barcoding

Momenteelwordt

_{wereldwijd gewerkt}

aande

_opbouw

van

eensysteemmet

_{diagnostische}

DNA markers

_(bar-codes)

vooruiteindelijk

alle levendesoortenvan

organismen.

Een

stukje

weefsel is dan voldoendevoor eendeterminatie. Er

zitten heelwat hakenenogenaandeze

onderneming.

Ui-teraard

_zijn

het in elk

_geval

de

_systematici

die

voorafgaan-deaanhet sequencen de

exemplaren

op de klassieke

ma-nier

opnaammoeten

brengen.

Samenvattend

DNA

sequenties

kunnen

_{(1) zogeheten tweeling-soorten}

aanhet licht

brengen,

soortendus die

_morfologisch

niet of

nauwelijks

vanelkaar

lijken

te

verschillen; (2)

beslissend

zijn bij

alternatieve

_opvattingen

_over

_{verwantschappen; (3)}

eenindicatieoverde ouderdomvantaxa_geven

(molecu-laire-klok

_{model); (4)}

de classificatievan

‘moeilijke’

taxa

vergemakkelijken; (5)

extra

gegevens ook over

uitgestor-ven soorten leveren

_{(aDNA); (6) duidelijk}

maken welke larvale stadia

_{bij volgroeide}

dieren horen.

DNA

sequenties (1)

maken

morfologisch

onderzoek vol-strekt niet

_{overbodig; (2) zijn}

niet

_maatgevend

_voordemate

van

reproductieve

isolatie

_{(soortgrenzen)}

tussennauw ver-wante taxa;

(3)

gevensoms

tegenstrijdige

informatieen

zijn

dan in hun

_toepassing

even

objectief

of

_subjectief

als

morfologische

gegevens;

(4)

bieden geen

mogelijkheid

om destatusvantaxa, als soort, genus,

familie,

enz.

ob-jectief

vast testellen.

'Prof.

Dr E.

_{Gittenberger,}

Naturalis, e-mail:

_{edi.gittenberger@ncbnaturalis.nl}