DNA-volgorde sluipwesp in kaart gebracht

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

Noot voor de pers

Meer informatie:
- dr. Bart Pannebakker, tel.: 050-363 8099, e-mail: b.a.pannebakker rug.nl
- dr. Louis van de Zande, tel.: 050-363 2126, e-mail: louis.van.de.zande rug.nl
- prof. dr. Leo Beukeboom, 050-363 8448, e-mail: l.w.beukeboom rug.nl