Supergen maakt van spin een machoman
Biologen van het Koninklijk Belgisch Instituut voor Natuurwetenschappen hebben bij een spinnensoort vastgesteld dat de ‘machomannetjes’ een extra pakket genen hebben dat bij vrouwelijkere mannetjes ontbreekt. De studie in Nature Ecology & Evolution toont aan hoe individuen van dezelfde soort totaal verschillende uiterlijke kenmerken kunnen ontwikkelen. ‘We zagen dat doorheen de evolutie genen gegroepeerd worden tot een ‘supergen’, waardoor ze in één bundeltje overgeërfd worden’, zegt Frederik Hendrickx (KBIN). Dat supergen hebben of niet, maakt het verschil tussen er supermannelijk dan wel vrouwelijk uitzien bij de mannetjes van deze soort.
In de natuur vind je soms binnen één en dezelfde soort en binnen hetzelfde geslacht twee drastisch verschillende ‘types’. Zo heb je bij een sleutelbloemsoort exemplaren met hooggelegen helmknoppen en helmknoppen die dieper in de stengel zitten, of waterjuffers en vlinders met verschillende kleurpatronen. En ook bij de bultvelddwergspin Oedothorax gibbosus zijn er duidelijk twee types mannetjes: ‘platte’ en ‘gebochelde’. De platte mannetjes lijken meer op de vrouwtjes en zijn sneller volwassen, waardoor ze als eerste vrouwtjes kunnen bevruchten. De gebochelde exemplaren hebben een complexe kopstructuur met klieren en gevoelsharen waarmee ze bevruchte vrouwtjes alsnog kunnen verleiden om met hen te paren: het zijn ‘machomannetjes’.
Evolutiebioloog Frederik Hendrickx: ‘De verschillen tussen die twee types mannetjes zijn enorm, minstens even groot als tussen twee sterk verschillende soorten, zoals een tijger en een leeuw. Bij het mixen van tijgers en leeuwen krijg je een tussenvorm – lijgers of teeuwen, met leeuw- én tijgerkenmerken – omdat de genen als een spel kaarten door elkaar geschud zijn. Maar bij sommige soorten, zoals deze spin, behoud je netjes twee afzonderlijke types. ‘Hoe dat kan, is een groot raadsel binnen de evolutiebiologie. De gibbosus-spinnen zijn een uitgelezen kans om uit te vissen hoe dat genetisch in elkaar zit.’
Supergen
De onderzoekers screenden het genoom en zagen dat de gebochelde mannetjes een pakket genen hebben dat ontbreekt bij de platte mannetjes. Het pakket bestaat uit genen die je ook elders in het genoom vindt. Natuurlijke selectie zorgde ervoor dat die kopieën netjes naast elkaar kwamen te liggen zodat nakomelingen ze als een totaalpakket ontvangen. ‘Het genoom blijkt bijzonder dynamisch’, zegt Hendrickx. ‘We zagen dat genen die instaan voor hetzelfde kenmerk verplaatst of verdubbeld worden en zich kunnen groeperen zodat ze als een bundeltje overgeërfd worden. Dit is een enorme eye-opener.’
Het bundeltje noemen we een supergen. Het extra stuk genoom verklaart niet alleen het verschil tussen de twee types, maar ook waarom we geen tussenvormen vinden, geen half-half-versies. Alleen de genen die nodig zijn voor de ontwikkeling van gebochelde mannetjes, hebben zich gegroepeerd in dit supergen. Ze kunnen perfect gemist worden door de platte mannetjes. Dat verklaart waarom de populatie uiteenvalt in twee types: of supermannelijke of vrouwelijkere mannetjes.
Kettingreactie
Toen de evolutiebiologen nog meer inzoomden op dat supergen, zagen ze dat één van de genen in het supergen een kopie van het doublesex-gen is. Alle diersoorten – dus ook wij – hebben dat gen. Doublesex is een transcriptiefactor: het zet andere genen aan of uit. ‘Het is een grote aan-knop voor typisch mannelijke kenmerken. Als bij muizen het doublesex-gen wordt uitgeschakeld, ontwikkelen de mannetjes iets dat lijkt op eierstokken’, zegt Hendrickx.
De ontwikkeling van mannelijke kenmerken bij gibbosus-spinnen komt er na een kettingreactie: de geslachtschromosomen activeren dat doublesex-gen, dat op zijn beurt andere genen aanslaat die voor mannelijke kenmerken zorgen, zowel genen die binnen als buiten het supergen-pakket liggen. Platte mannetjes hebben geen supergen en dus ook niet die extra aan-knop doublesex. Ze ontwikkelen geen uitgesproken mannelijke kenmerken: geen bult, geen extra klieren en geen haren. ‘Bij de meeste soorten hangt de ontwikkeling van geslachtskenmerken van veel meer af dan van de geslachtschromosomen. Het is een cascade van genen die aan of uitgezet worden, en één schakeltje meer of minder kan een groot verschil maken.’
Gereedschapskist
De platte mannetjes verschillen wel nog duidelijk van vrouwtjes. Ze hebben een mannelijk geslachtsorgaan, produceren sperma en kunnen zich voortplanten. Dat komt omdat er op andere plaatsen van het genoom nog vijf doublesex-genen liggen, die de basic mannelijke kenmerken aanslaan.
‘Je zou het supergen kunnen zien als een gereedschapskist: in de loop van de evolutie zijn steeds meer genen in die toolbox terechtgekomen. In het kistje zijn een extra doublesex-gen én andere genen voor uitgesproken mannelijke kenmerken toegevoegd omdat ze een duidelijk voordeel opleverden. De spinnen mét het supergen ontwikkelen extra mannelijke kenmerken. Degene die de gereedschapskist niet hebben geërfd, ontwikkelen alleen de basiskenmerken voor mannetjes.’
