Springend gen maakt slangen lichter

Springend gen maakt slangen lichter

Door Suzanne Saenko.

Slangen kunnen gevaarlijk zijn, maar ook heel mooi. De variatie in kleuren en patronen bij deze groep is heel bijzonder. Toch weten we bijna niets over de evolutie van deze kleurdiversiteit en over de genen en mutaties die hiervoor verantwoordelijk zijn. Gelukkig is er een niet-giftige slangensoort, de korenslang (Pantherophis guttatus), die al jaren door liefhebbers in gevangenschap wordt gefokt. Dit heeft geleid tot een enorme variatie in kleuren en patronen, bijvoorbeeld de vier varianten te zien in de afbeelding hieronder. Er zijn echter nog veel meer varianten. Door het wildtype en de amelanistische (de oudste bekende variant) in het lab te onderzoeken, hebben wij gevonden dat het ontbreken van het zwart pigment in de laatste het gevolg is van een “springend” gen. Met dit onderzoek laten we niet alleen zien hoe dit kleurpatroon wordt veroorzaakt, maar ook promoten we de korenslang als een nieuw modelorganisme voor evolutionaire genetica bij reptielen.

 




Adaptieve variatie in slangenkleur

Bijna elke dierensoort op aarde kan worden onderscheiden door zijn karakteristieke kleurpatroon. Deze patronen zijn meestal adaptief, dat wil zeggen dat ze betrokken zijn bij het camoufleren of het afschrikken van roofdieren. Vooral slangen hebben een grote diversiteit in kleurpatronen. Veel soorten zijn onopvallend bruin, grijs of groen waardoor ze moeilijk te zien zijn tegen de achtergrond van zand, aarde of gras. Giftige slangen, anderzijds, hebben vaak opvallende patronen van contrasterende rode, gele en zwarte banden die dienen om de roofdieren te waarschuwen. Kleurpatronen bij slangen kunnen ook het gedrag van deze dieren weerspiegelen. Zo zijn vlekken op de rug typisch voor langzame slangen zoals pythons, terwijl strepen vaak geassocieerd worden met snelle soorten.

Korenslang als modelorganisme voor evolutionaire genetica van kleurpatronen

De verscheidenheid van kleuren en patronen bij slangen is opvallend, maar hoe is het geëvolueerd? Om dit te verklaren moeten wij de genen en mutaties, verantwoordelijk voor verschillende kleurvarianten, in kaart brengen. Hiervoor moeten de slangen gefokt worden in het laboratorium, maar niet elke soort is hiervoor geschikt. Gelukkig is er de Noord-Amerikaanse korenslang Pantherophis guttatus, een ideaal model voor evolutionaire genetische analyse van kleurvariatie in reptielen. Deze onschadelijke, niet-giftige slangen kunnen makkelijk in het lab worden gehouden en leggen veel eieren. Hun gemiddelde grootte en rustig temperament maken ze ook erg populair als huisdieren in Europa en in de Verenigde Staten. Er zijn al tientallen generaties slangen gefokt door enthousiaste liefhebbers. Dit heeft geleid tot een groot aantal verschillende kleuren en patronen (zogenaamde “morphs”), met elk jaar meer nieuwe varianten.

 Een normale, oftewel wildtype, korenslang heeft een licht oranje achtergrondkleur met donker oranje vlekken omringd met zwart. Er bestaan ook varianten zonder zwart (amelanistische) of oranje pigment (anerythristische) en varianten met een afwijkend patroon, bijvoorbeeld strepen in plaats van vlekken (zie bovenstaande afbeeldingen). Deze en vele andere varianten zijn ontstaan door spontane mutaties in het genoom van de korenslang. Dit biedt de wetenschappers een unieke kans om genen die betrokken zijn bij de kleur- en patroonvorming te identificeren en ze te vergelijken met die van andere dieren.

Gebrek aan zwart pigment (amelanisme) veroorzaakt door een “springend gen” in OCA2  gen

De allereerste slang met een afwijkende kleur verscheen bijna een halve eeuw geleden. Bij deze slang ontbrak het zwarte pigment, een conditie bekend als amelanisme. Om de mutatie die hiervoor verantwoordelijk is te vinden, hebben wij (wetenschappers van de Universiteiten van Geneve, Zwitserland en Uppsala, Zweden) het complete genoom van de korenslang gesequenced, dat wil zeggen de volledige opbouw van het genoom bepaald. Daarna hebben wij de genomen van wildtype (met zwart pigment) en amelanistische (zonder zwart pigment) slangen vergeleken en de verschillen in kaart gebracht.

                Tot onze verbazing hebben wij een bijzonder verschil gevonden tussen de twee type slangen: alle amelanistische slangen hadden een fragment van 5832 nucleotiden (bouwstenen van DNA) in hun OCA2 gen, terwijl dat niet het geval was bij de wildtype slangen. Dit extra stukje DNA bevindt zich in het midden van het gen en maakt het kapot. Normaal gesproken is OCA2 (Oculocutaneous locus 2) betrokken bij het maken van een receptor in de cellen die het zwart pigment (melanine) produceren. De receptor is essentieel voor het aanmaken van melanine. Als het niet goed werkt wordt de productie van dit pigment geblokkeerd en krijgen de slangen een lichtere kleur.

                We waren nog meer verrast toen wij vonden dat dat extra stukje DNA niet alleen in het OCA2 gen zat, maar ook op andere plekken in het genoom voorkwam. Het leek ook erg op de “transposons”, oftewel “springende genen” van andere gewervelde dieren. Transposons zijn stukjes DNA die in het genoom van plaats kunnen wisselen. Soms “springen” ze in andere genen en veroorzaken nieuwe mutaties. Deze mutaties kunnen processen in cellen verstoren, zoals bijvoorbeeld in het geval van melanine productie bij amelanistische slangen. Maar ze kunnen ook nieuwe functies voor genen creëren en dit kan ook tot nieuwe kleurpatronen leiden. Zo is een transposon “gesprongen” naast een belangrijke pigmentatiegen in cichliden (vissenfamilie), wat heeft geleid tot de evolutie van zogenaamde “egg-spots” (zie http://www.nature.com/articles/ncomms6149).

De korenslang is een veelbelovend modelorganisme voor het onderzoek naar variatie in kleuren en kleurpatronen. Diversiteit in kleurpatronen speelt een belangrijke rol (bv. in camouflage, het afschrikken van predatoren enz.) in alle diergroepen. Onderzoek naar de genetische basis van zo’n variatie is dus essentieel om de evolutie van dieren beter te begrijpen. Met al die nieuwe korenslang varianten hebben wij genoeg werk te doen!

Referentie:

Suzanne V. Saenko, Sangeet Lamichhaney, Alvaro Martinez Barrio, Nima Rafati, Leif Andersson & Michel C. Milinkovitch (2015) Amelanism in the corn snake is associated with the insertion of an LTR-retrotransposon in the OCA2 gene. Scientific Reports 5:17118 | DOI: 10.1038/srep17118

Geef een reactie