The Conversation   | Londen  

Bij het vergelijken van DNA van diersoorten ontdekten onderzoekers iets vreemds: in sommige diergenomen lijken genen te ontbreken. Volgens Oxford-onderzoeker Adam Hargreaves kan dit betekenen 
dat de evolutie niet alleen wordt gestuurd door natuurlijke selectie.

DNA-sequentietechnieken helpen wetenschappers bij het beantwoorden van vragen die wij ons al eeuwenlang over dieren stellen. We begrijpen beter hoe de giraf aan zijn enorme nek kwam en waarom slangen zo lang zijn, nu we het genoom van deze dieren in kaart hebben gebracht [de complete genetische samenstelling van een organisme, cel of virus]. Door de DNA-volgorde precies te bepalen, kunnen we het DNA van verschillende dieren met elkaar vergelijken en kijken waar de verschillen liggen. Daaruit valt op te maken hoe zij elk op een unieke manier zijn geëvolueerd.

Maar soms staan we voor raadsels. In sommige diergenomen lijken genen te ontbreken die wel in vergelijkbare soorten voorkomen en die voor het overleven onontbeerlijk zijn. Zulke schijnbaar ontbrekende genen worden ook wel ‘donker DNA’ genoemd. Dit fenomeen werpt een nieuw licht op de evolutie.

Samen met mijn collega’s kwam ik het voor het 
eerst op het spoor toen wij de genoomsequentie 
van de woestijnrat (Psammomys obesus) bepaalden. Ons interesseerden vooral de woestijnratgenen die bij de aanmaak van insuline betrokken zijn, omdat we wilden begrijpen waarom deze diersoort veel vaker dan andere soorten diabetes type 2 krijgt.

Maar toen we op zoek gingen naar het gen Pdx1 dat de aanmaak van insuline regelt, merkten we dat het ontbrak, net als 87 andere genen die er normaal gesproken naast liggen. Sommige van die ontbrekende genen, inclusief Pdx1, zijn onmisbaar: een dier kan absoluut niet zonder. Maar waar waren ze dan gebleven?

Mutatiehotspot

Een eerste aanwijzing was het feit dat we in meerdere weefsels van de woestijnrat wel gewoon de eiwitten vonden die met instructies uit deze genen worden aangemaakt. Dat kon alleen als de genen toch ergens in het genoom aanwezig waren. Oftewel, ze ontbraken niet maar zaten ergens verstopt.

De DNA-volgorde van deze genen bevat ongewoon veel G en C-moleculen, twee van de vier ‘basen’ waaruit al het DNA is opgebouwd. We weten dat DNA dat rijk is aan G en C lastig te hanteren is voor sommige DNA-sequentieapparaten. Dat maakt het waarschijnlijker dat de genen niet ontbraken maar alleen moeilijk detecteerbaar waren. We noemen deze verborgen sequentie daarom ‘donker DNA’, een verwijzing naar het begrip ‘donkere materie’: het spul waar naar men denkt 25 procent van het universum uit bestaat, maar dat nog nooit is waargenomen.

Toen we het genoom van de woestijnrat verder in kaart brachten, zagen we dat één gedeelte veel meer mutaties herbergde dan normaal bij knaagdiergenomen het geval is. Alle genen binnen deze ‘mutatiehotspot’ bevatten uitzonderlijk veel G en C in de DNA-volgorde; ze zijn dermate sterk gemuteerd dat ze met standaardtechnieken lastig te detecteren zijn. Sterk gemuteerde genen werken meestal niet meer, maar schijnbaar lukte het deze woestijnratgenen wel nog om hun taak in het lichaam te vervullen, ondanks hun sterk veranderde DNA-volgorde. Dat is bepaald niet makkelijk voor een gen, het is alsof je Lingo 
wint terwijl je alleen maar klinkers gebruikt.