© Copyright Menno Schilthuizen Het verstandshuwelijk tussen genetica en veldbiologie Biologen die planten en dieren in het vrije veld bestuderen, hadden tot voor kort nauwelijks contact met moleculair genetici die in het laboratorium met DNA werken. De laatste jaren zijn moleculaire technieken als DNA-fingerprinting echter veel eenvoudiger en goedkoper geworden, zodat ze ook voor de bioloog in het wild nuttig kunnen zijn. Het Instituut voor Evolutionaire en Ecologische Wetenschappen (E.E.W.) heeft eind 1992 een moleculair lab ingericht om beide soorten onderzoek te combineren. Zo kunnen vaderschapsrelaties of het verloop van de evolutie tot in detail bestudeerd worden. MENNO SCHILTHUIZEN (Oorspronkelijk verschenen in Mare, 1 september 1994.) De eersten die van de mogelijkheden van het nieuwe lab gebruik maakten waren aio Bert van den Bergh en zijn student Robert Moonen van de groep Dierecologie. Van den Bergh bestudeert het parasiteergedrag van de sluipwespen van het geslacht Asobara. Deze wespen leggen hun eitjes in de larven van Drosophila, fruitvliegjes. Europese Asobara's doen vaak aan superparasitering: als een wespevrouwtje een gastheer tegenkomt waar al een eitje van een ander vrouwtje inzit, legt ze er gewoon een tweede bij. Bij de Afrikaanse soort Asobara citri komt superparasitering echter nooit voor. Van den Bergh vroeg zich af waarom niet. Met observatie in het veld kwam hij er niet. Het DNA van de wespjes bood uitkomst: Moonen ontwikkelde een zogenaamde Polymerase chain reaction-techniek (PCR; zie kader) om de diverse laboratoriumstammen van Afrikaanse Asobara's van elkaar te onderscheiden. Vervolgens liet Van den Bergh twee vrouwtjes van verschillende stammen eenzelfde larve parasiteren. Door nu het DNA van de nakomelingen te bekijken, konden de onderzoekers zien wie de moeder was: het eerste of het tweede wespje. Het resultaat? 'Bij alle proeven die we tot nu toe hebben gedaan, kregen we dezelfde uitkomst', zegt Van den Bergh, 'het eerste vrouwtje is altijd de moeder van de jonge wespjes. Waarschijnlijk is dat de oorzaak van het ontbreken van superparisitering bij deze soort: een tweede eitje ontwikkelt zich gewoon niet'. De onderzoekers zijn er nog niet achter hoe het komt dat het tweede eitje geen kans maakt. Mogelijk wordt bij het leggen van het eerste ei een stof ingespoten die maakt dat de ontwikkeling van een tweede ei geblokkeerd wordt. Ging het bij de sluipwespjes om moederschapsanalyse, dr Tom de Jong van de groep Ecologie van Plant-Dierrelaties is geïnteresseerd in vaderschapsanalyse hij hondstongplanten. 'We doen al vijftien jaar onderzoek in de duinen bij Meijendel aan de bestuiving bij diverse planten. Hondstong is een plant met veel grote bloemen. Er komen dus veel insekten op af, die kunnen zorgen voor kruisbestuiving. Tegelijkertijd vliegen die insekten ook weer van bloem naar bloem op dezelfde plant, zodat er zelfbestuiving optreedt.' Vaderschapsanalyse Ruwweg kun je zeggen, dat zelfbestuiving slecht is voor een plant en kruisbestuiving goed. Voor een deel komt dat doordat zelfbestuiving het plantenequivalent van extreme inteelt is: het levert vaak kneusjes op.' We vroegen ons af hoe Hondstong omgaat met die mengeling van kruis- en zelfbestuiving', legt de Jong uit. 'We vinden vaak slecht ontwikkelde zaden en hebben het idee dat deze door de plant zelf bevrucht en vervolgens geaborteerd zijn. Maar om dat te bewijzen moeten we vaderschapsanalyses doen'. Post-doc Klaas Vrieling en analiste Jenny Peters-van Rijn proberen nu geschikte primers en reactieomstandigheden te vinden om ook hier PCR toe te passen. Bovendien hanteren ze het zogenaamde DNA-fingerprinting, dezelfde techniek die Justitie gebruikt om daders van zedenmisdrijven te identificeren. Ook Cock van Oosterhout, oio bij de groep Evolutiebiologie, en zijn studente Mariëlle van Eeken maken gebruik van DNA fingerprinting. Het project van Van Oosterhout primair om het effect van populatieversnippering op genetische variatie. Met experimentele populaties vlinders in kweekkamers bootsen ze na wat in de natuur tegenwoordig overal gebeurt: grote aanééngesloten gebieden worden door menselijke activiteiten opgedeeld in kleine, geïsoleerde restantjes. De theorie voorspelt dat ál te kleine populaties gemakkelijk kunnen uitsterven door het verlies aan genetische variatie. Met de laboratoriumproeven kunnen de onderzoekers nagaan welke factoren precies van belang zijn voor de levensvatbaarheidvan zulke populaties. DNAfingerprinting levert daarbij een maat voor de genetische variatie. Van Oosterhout: 'We hebben straks een veel beter inzicht in de effecten van populatieversnippering. En dat is weer direct toepasbaar in het natuurbeheer'. Geavanceerde klapdeurtjes Prof. Edi Gittenberger gebruikt het nieuwe lab om de evolutie op te helderen van de Mediterrane landslakken waaraan zijn groep Dierensystematiek werkt. 'Overal in Griekenland komen clausiliiden voor', legt hij uit, 'langwerpige slakjes met een soort klapdeurtje in de mond van het huisje. Op een aantal plaatsen vind je een afwijkend type klapdeurtje, een soort verbetering van het gewone type'. De vraag die Gittenberger en zijn medewerkers probeerden te beantwoorden was: is het verbeterde klapdeurtje één of meerdere keren in de evolutie ontstaan? Morfologische kenmerken konden geen uitsluitsel bieden en de eiwitten van de slakken al evenmin. Daarom besloten de onderzoekers het erfelijk materiaal van de slakjes eens onder de loupe te nemen. Ze vergeleken bij verschillende soorten de volgorde van de basen (de 'schakels' waaruit de DNA-keten is opgebouwd) in een stukje gen, het zogenaamde ITS-1. Het bleek dat de slakken met het geavanceerde sluitmechanisme telkens nauwer aan een naburige 'normale' soort verwant waren dan aan elkaar. Met andere woorden: het verbeterde klapdeurtje moest inderdaad meerdere keren onafhankelijk geëvolueerd zijn. Gittenberger: 'We zijn reuze blij met deze resultaten, en we gaan de techniek nu ook toepassen op andere problemen waar we onze tanden al jarenlang op stukbijten, zoals de oorsprong van de bijzonder diverse clausiliidenfauna van Kreta'. KADER: De gereedschapskist van de geneticus De dragers van de erfelijke eigenschappen van alle dieren en planten, de chromosomen, bestaan uit lange ketens DNA. De genetische code is vastgelegd in de volgorde van vier 'basen' in het DNA: adenine, cytidine, guanine en thymidine, repectievelijk afgekort met de letters A, C, G en T. Gewoonlijk is iedere DNA-keten gekoppeld aan een tweede, complementaire keten. Samen vormen deze twee de bekende 'dubbele helix'. Voor het bepalen van de evolutionaire verwantschap tussen soorten wordt vaak gebruik gemaakt van DNA-sequencing, het bepalen van de basevolgorde van een stuk DNA. Hoe langer geleden twee soorten zijn ontstaan uit een gemeenschappelijke voorouder, hoe meer verschillen door spontane mutaties zijn ontstaan in de basevolgordes van hun DNA. Bij DNA-fingerprinting wordt gebruik gemaakt van restrictie-enzymen. Deze stoffen herkennen specifieke basevolgordes in het DNA en knippen het daar door. Het resultaat van een behandeling van DNA met deze enzymen is dus een mix van allemaal stukjes DNA van verschillende lengte. Dit mengsel kan op lengte gesorteerd worden met een techniek die 'electroforese' heet. Het DNA wordt aangebracht aan één kant van een gel, een dunne plak gelatine-achtig materiaal. Over deze plak wordt een elektrische spanning aangebracht. Het elektrisch geladen DNA begint nu door de gel te bewegen. Korte stukje komen daarbij sneller vooruit dan lange stukjes, met als gevolg dat de stukjes precies op volgorde van lengte over de gel verspreid komen te zitten. De volgende stap is de behandeling van de gel met probes, stukjes DNA die zich vasthechten aan een bepaalde basevolgorde in de geëlectroforeerde DNA-fragmenten. De probes zijn voorzien van een radioactief of lichtgevend 'label', zodat, wanneer de gel op een fotografische plaat wordt gelegd, een patroon van donkere bandjes zichtbaar wordt. De aan- of afwezigheid van bandjes kan van individu tot individu verschillen. Op deze manier kan fingerprinting worden gebruikt voor ouderschapsbepaling: omdat ieder individu zijn DNA ontvangt van beide ouders, moet het patroon van bandjes zijn opgebouwd uit bandjes die óf bij de vader óf bij de moeder aanwezig zijn. De polymerase chain reaction (PCR) maakt het mogelijk om binnen enkele uren vele miljoenen kopieën te maken van een minieme hoeveelheid uitgangs-DNA. De techniek maakt gebruik van het enzym DNA-polymerase dat met één DNA-keten als voorbeeld, de tweede keten van de dubbele helix erbij maakt. Het sneeuwbaleffect van de 'kettingreactie' zit hem in het feit dat bij iedere van de ca. 30 cycli die een PCR-reactie doorloopt, de gevormde dubbele helices van elkaar worden losgemaakt, waarna elk van de enkele ketens weer wordt gecompleteerd door het enzym. Een belangrijk onderdeel van de PCR is de primer, een kort stukje DNA, waarvan de volgorde precies past op een bestaande volgorde in het te analyseren DNA. Het is op deze primers dat het enzym begint met aanbouwen van de DNA-keten. De PCR techniek die op het EEW-lab wordt gebruikt, staat bekend als RAPD (Random Amplified Polymorphic DNA). Hierbij worden korte primers (ca. 10 basen lang) gebruikt. Omdat deze primers zo kort zijn, komt hun basevolgorde vaak voor in het DNA, zodat in de reactie een reeks verschillende stukjes DNA wordt gekopiëerd. Het aantal aangrijpingspunten tussen stammen zal in het algemeen verschillen. Van den Bergh en Moonen, bij voorbeeld, vergeleken het RAPD-patroon van hun jonge wespjes met die van het ene vrouwtje (uit stam A) en die van het andere vrouwtje(uit stam B) en konden zo zien wie de moeder was.