Nieuwe inzichten: hoe polyploïde planten zich aanpassen aan koude milieus en klimaatverandering

AmsterdamWetenschappers uit Heidelberg, Nottingham en Praag onderzochten hoe een groter aantal chromosomen planten helpt zich aan te passen aan koude omgevingen. Ze ontdekten dat planten met meer dan twee sets chromosomen, genaamd polyploïden, wijzigingen in hun DNA hebben die hun overlevingskansen in koude klimaten verbeteren. Dit was vooral belangrijk tijdens de IJstijden voor planten zoals lepels.

Belangrijke bevindingen uit het onderzoek zijn:

• Polyploïden kunnen herhaaldelijk dezelfde ecologische niches bezetten.
• Koud-adaptieve lepeltjesplanten ontwikkelden aparte genenpools die genen uitwisselden in koude regio's.
• Genomische structurele varianten komen vaker voor bij polyploïden dan bij diploïden.

Spoonwort, ook wel bekend als Cochlearia, scheidde zich meer dan tien miljoen jaar geleden af van zijn mediterrane verwanten. De nakomelingen pasten zich aan drogere omstandigheden aan, terwijl lepelblad 2,5 miljoen jaar geleden begon te gedijen in Arctische gebieden. Het team van Prof. Dr. Marcus Koch ontdekte dat Cochlearia zich kon aanpassen aan veranderende koude en warme perioden in de afgelopen twee miljoen jaar. De exacte genomische mechanismen die deze snelle aanpassing mogelijk maakten, waren tot voor kort grotendeels onbekend.

In deze studie heeft het team van Prof. dr. Levi Yant het genoom van Cochlearia excelsa gesequenced en een pan-genoom gecreëerd. Ze onderzochten meer dan 350 genomen van verschillende Cochlearia-soorten. De resultaten toonden aan dat polyploïde planten vaker structurele veranderingen in hun genomen vertonen dan diploïde planten. Deze veranderingen worden niet gemakkelijk opgemerkt doordat de extra kopieën van het genoom ze verhullen, waardoor ze zich kunnen opstapelen zonder door natuurlijke selectie te worden geëlimineerd.

Lees ook:

Vandaag · 13:54

Oude kaas onthult geheime oorsprong van kefir

Polyploïdie-specifieke wijzigingen in het DNA komen vaak voor in genen die essentieel zijn voor klimaataanpassing. Uitgebreide studies hebben aangetoond dat deze veranderingen invloed hebben op hoe zaden groeien en hoe planten ziekteresistentie ontwikkelen. Dr. Filip Kolář gaf aan dat deze aanpassingen cruciaal kunnen zijn voor de manier waarop planten zich in de toekomst aan klimaatveranderingen aanpassen.

Prof. Koch waarschuwt dat Midden-Europese Cochlearia-soorten mogelijk de klimaatverandering niet zullen overleven. Zo kan Cochlearia excelsa, die al op de toppen van Oostenrijkse bergen leeft, niet verder omhoog. Evenzo zal het Pyrenese lepeltjeskruid moeite hebben in heuvel- en berggebieden van Midden-Europa. Echter, de gehele genenpool van deze koudebestendige planten kan mogelijk overleven in noordelijke streken.

Dit onderzoek biedt inzicht in hoe planten toekomstige klimaatveranderingen kunnen verwerken. Het werk van Levi Yant werd ondersteund door een Starting Grant van de Europese Onderzoeksraad (ERC). Het team van de Universiteit van Heidelberg leverde de afgelopen 25 jaar ook een belangrijke bijdrage. Hun bevindingen zijn gepubliceerd in het tijdschrift "Nature Communications".

Uit onderzoek blijkt dat genomenduplicatie bij polyploïde planten hen helpt om zich aan te passen aan veranderende omgevingen. Deze bevindingen zijn cruciaal om te begrijpen hoe planten toekomstige klimaatveranderingen kunnen overleven. Het onderstreept ook het belang van het behoud van plantendiversiteit in verschillende gebieden.