Koen Verhoeven (NIOO-KNAW) staat aan het hoofd van EpiDiverse, een nieuw Europees project op het gebied van epigenetica. Dat heeft zich als onderzoeksterrein de laatste jaren enorm ontwikkeld. Volgens Verhoeven is het nu dan ook het perfecte moment om de verworven kennis mee te geven aan een nieuwe generatie onderzoekers.


Koen Verhoeven

Het blijft verbazend. De wereld was eindelijk een beetje gewend aan het idee dat soorten zich via hun DNA zeer geleidelijk aanpassen aan hun omgeving. Nu komt er een nieuwe theorie die zegt dat aanpassingen op korte termijn gebeuren via moleculen die óp het DNA zitten en genen aan-, en uit kunnen zetten: epigenetica, oftewel wat er bovenop/bij (epi) de genen zit.

Dat aan- en uitzetten gebeurt vaak onder druk van externe omstandigheden - denk bijvoorbeeld aan droogte – of zelfs spontaan, net als bij genetische mutaties. Sommige epigenetische veranderingen zijn zelfs overerfbaar, met name in planten, en kunnen dus erfelijke eigenschappen beïnvloeden zonder dat de DNA-sequentie verandert. Een revolutionair idee, dat wetenschappelijk pas sinds een aantal jaar volledig is ingeburgerd.

In het wild

De laatste jaren jaren is er veel gebeurd, zegt terrestrisch ecoloog Koen Verhoeven van het NIOO. Aanvankelijk richtten wetenschappers zich vooral op de mechanismen- waardoor ontstaat epigenetische variatie en hoe werkt het precies? - aan de hand van modelsoorten zoals met name Arabidopsis, de zandraket.

Om epigenetische mechanismen ook te kunnen bestuderen in een natuurlijke omgeving en in andere soorten, was eerst goede genoominformatie nodig. "Zonder referentiegenoom kun je wel kijken naar natuurlijke populaties, maar dan blijft het krabben aan de oppervlakte” zegt Verhoeven. Die genoominformatie is inmiddels beschikbaar voor verschillende wilde soorten.

Droogtestress

Met de nieuwe 'tools' kan worden gekeken hoe belangrijk epigenetische variatie echt is voor het aanpassingvermogen van wilde planten. Zo was uit het Arabidopsis-onderzoek bekend dat DNA-methylering, het bekendse epigenetische mechanisme, de activiteit onderdrukt van 'transposable elements': rondspringende genen die mutaties veroorzaken.

Maar hoe dat in natuurlijke situaties een rol speelt bij het genereren van variatie, daarvan was nog weinig bekend. "We denken dat bijvoorbeeld droogte- of hittestress een effect heeft via DNA-methylering op het laten rondspringen van die 'transposable elements'." Op zulke momenten wordt de onderdrukking dus even losgelaten en ontstaan er nieuwe variaties.

Diversiteit

De onderzoekers willen daarom populieren met hetzelfde genoom gaan volgen op verschillende plekken in Europa. De populier komt namelijk voor in droge én in natte gebieden. “We willen graag weten in hoeverre epigenetische veranderingen zo’n plant in staat stellen om met verschillende milieuomstandigheden om te gaan.” Bij het selecteren van geschikte plantensoorten voor het project is het verder vooral ook belangrijk dat de eigenschappen ervan onderling sterk verschillen.

Want epigenetische aanpassingen zullen niet voor alle soorten een even belangrijke rol spelen, zegt Verhoeven. Zo zijn er aanwijzingen dat de manier van voortplanten - seksueel of aseksueel - uitmaakt voor de stabiliteit van epigenetische mechanismen over de generaties heen. "We denken bijvoorbeeld dat omgevings-gestuurde epigenetische veranderingen makkelijker overerven onder aseksuele voortplanting. Dat kunnen we gericht toetsen door ook aseksuele soorten erbij te nemen."

Trainingsnetwerk

Inzicht verwerven in dit soort factoren is het onderliggende wetenschappelijke doel van het nieuwe EpiDiverse-project. Maar de Europese Unie, die het project financiert, wil vooral ook investeren in het opleiden van een cohort AIOs. EpiDiverse is dan ook in de eerste plaats bedoeld als ITN, als "innovative training network", benadrukt Verhoeven.

"We leven nu in een tijd waarin we voor bijna elke plantensoort gedetailleerd in het genoom kunnen kijken: wat gebeurt er met de expressie van genen, welke genen zijn betrokken bij aanpassingen? Maar de training van mensen die geïnteresseerd zijn in ecologie en het aanpassingvermogen van planten neemt die skills nog niet goed genoeg mee."

Recruteren

Goeie bio-informaticakennis en goeie moleculaire skills: die combinatie is nodig om in de toekomst goed onderzoek te doen naar hoe de aanpassing van planten aan klimaatverandering en andere milieu-omstandigheden plaatsvindt, zegt Verhoeven. Toegespitst op het gebied van epigenetica werd zoiets nog niet aangeboden. "En dat gaan wij doen."

EpiDiverse is daarvoor nu eerst begonnen met het recruteren van AIOs. Er komen 15 AIO's, die worden ondergebracht bij 12 onderzoekinstituten en universiteiten verspreid over Europa: een uitgebreid netwerk dus. "Dat moet wel bij dit soort projecten", zegt Verhoeven, "want het is een eis van Brussel dat niet meer dan 40% van het budget naar één land gaat." Bovendien komt in het netwerk kennis over ecologie en moleculaire genetica samen met bioinformatica. Op die manier leveren we straks onderzoekers af voor wie er geen barrières zijn tussen die drie vakgebieden.