Het maïsverhaal is allesbehalve banaal. Het is een verhaal over veerkracht en overleving – allemaal omdat maïs egoïstisch was (genetisch). Maïs en zijn vele variëteiten hebben zich gedurende duizenden jaren snel aangepast aan verschillende soorten klimaat, waardoor talloze generaties in Amerika zijn gevoed. Nu gelooft een team van wetenschappers dat een genetisch proces dat egoïstische overerving wordt genoemd, verantwoordelijk kan zijn voor deze snelle evolutie. De bevindingen worden beschreven in een studie die op 7 augustus in het tijdschrift is gepubliceerd natuur, en zou toepassingen kunnen hebben buiten de landbouw.
Een maïsdoolhof
Ongeveer 9.000 jaar geleden werd maïs voor het eerst gedomesticeerd door inheemse volkeren in de Mexicaanse laaglanden. Ongeveer 5000 jaar later werd maïs gekruist met een andere soort uit de Mexicaanse hooglanden, teosinte mexicana genaamd. De vermenging resulteerde in kou en de oogst verspreidde zich snel over het continent. Wetenschappers zijn er nog steeds niet helemaal zeker van hoe het dit allemaal zo snel heeft kunnen bereiken.
[Related: The bizarre botany that makes corn a fruit, a grain, and also (kind of) a vegetable.]
“Beschavingen zijn afhankelijk van de domesticatie van basisgewassen zoals maïs, en net als mensen doorlopen gewassen vaak meerdere evolutierondes. Moderne mensen zijn bijvoorbeeld gekruist met Neanderthalers in Europa en Denisovans in Azië”, zegt Rob Martienssen, co-auteur van het onderzoek en geneticus van het Cold Spring Harbor Laboratory (CSHL). Populaire wetenschap. “Moderne maïs werd pas 4000 jaar geleden gekruist met teosinte mexicana en kreeg in zeer korte tijd meer bruikbare genen.”
Martienssen doet onderzoek naar RNA-interferentie, het proces waarbij kleine RNA’s genen tot zwijgen brengen en kunnen manipuleren hoe genen tot expressie komen. Geneticus Jerry Kermicle van de Universiteit van Wisconsin benaderde Martiensen met een interessante observatie. Toen hij semi-steriele teosinte-hybriden kruiste met traditionele maïs, merkte hij dat hun nakomelingen zich vreemd gedroegen. Bij normale overerving zouden de nakomelingen uiteindelijk volledig onvruchtbaar of vruchtbaar moeten worden. In plaats daarvan waren alle resulterende nakomelingen, elke keer dat Kermicle hybriden met maïs kruiste, semi-steriel. Het antwoord is misschien een beetje egoïstisch.
Een egoïstische erfenis
Voorheen dachten wetenschappers dat egoïstische genetische systemen – of gene drives – vrij zeldzaam waren in de natuur.
‘Het vinden van een in de maïs suggereerde [gene drives] Mogelijk heeft het een belangrijke rol gespeeld in de mysterieuze oorsprong van maïs”, zegt Martienssen.
In de nieuwe studie hebben Martienssen en CSHL-afgestudeerde student Ben Berube de genomen van honderden stuifmeelkorrels van semi-steriele nakomelingen gesequenced. Ze ontdekten dat in beide chromosomen dezelfde delen van het teosinte-genoom aanwezig waren: één op chromosoom 5 en één op chromosoom 6. Ze werden altijd geërfd, dus de genen die verantwoordelijk zijn voor dit resultaat moeten zich ergens rond die chromosomen bevinden.
Ze onderzochten chromosoom 5 van dichterbij en vonden een gen genaamd Dicer-like 2. Dit gen vormt een groep kleine RNA’s die altijd aanwezig zijn in semi-steriele hybriden, maar niet in traditionele maïs. Met deze gegevens kon het team vaststellen wat zij een ‘egoïstisch’ genetisch systeem noemen Teosinte Pollen Drive. Het hebzuchtige systeem elimineert concurrerende stuifmeelkorrels die deze gene drive missen. Hybriden van maïs en teosinte geven bepaalde eigenschappen vervolgens vaker door aan mannen dan aan vrouwen.
“De meest verrassende bevinding was dat moderne maïs ‘immuun’ werd voor zelfzuchtige overerving, door de mutatie van een enkel gen in stuifmeel dat kon worden getraceerd van wilde grassen, via tropische maïs en popcorn, naar moderne maïs”, zegt Martienssen. “Dit suggereert dat een egoïstisch genetisch systeem gedurende een lange periode actief is geweest.”
‘Maïs Neanderthaler’
De bevindingen kunnen bredere implicaties hebben voor de landbouwsector, maar ook meer onthullen over het domesticatieproces van alle levende wezens. Als teosinte mexicana is wat Martinssen de ‘Neanderthaler van maïs’ noemt, vanwege zijn vermogen om zich te kruisen, hebben we misschien een ontbrekende schakel gevonden in deze egoïstische genetische drive die zou kunnen verklaren hoe maïs in heel Amerika kon gedijen. Het zou ook kunnen verklaren waarom sommige kleine RNA’s zo vaak voorkomen in sperma van planten en dieren, inclusief mensen.
[Related: Mummified poop reveals a diverse ancient Caribbean diet.]
‘Fundamentele ontdekkingen in de plantenbiologie kunnen implicaties hebben die veel verder gaan dan de landbouw. De kleine RNA’s die we in maïspollen beschrijven, zijn krachtige middelen voor overerving en evolutie, en soortgelijke kleine RNA’s worden aangetroffen in dierlijk sperma, inclusief dat van ons”, zegt Martienssen. “Het is mogelijk dat ze een soortgelijke rol speelden bij de domesticatie van dieren en misschien zelfs bij de menselijke evolutie.”