Ergens tussen 5 miljoen en 13 miljoen jaar geleden, zowel maïs als sojabonen ondergingen genoomduplicaties, maar wetenschappers van de Purdue University geloven dat ze op heel verschillende manieren zijn gebeurd.

Damon Lisch, universitair hoofddocent bij de afdeling Plantkunde en Plantenpathologie, en Jianxin Ma, hoogleraar bij de vakgroep Agronomie, bestudeerde de evolutie van het genoom van deze belangrijke gewassen. Ze wilden de manieren begrijpen waarop genomen dupliceren - meerdere kopieën van genen maken - en hoe die genomen in de loop van de tijd veranderen.

bij maïs, Lisch en Ma geloven dat de duplicatie gebeurde toen twee soorten gras met vergelijkbare genomen kruisten, als verre neven. Het genoom van één plant was dominant, en na verloop van tijd, verloren overtollige kopieën van genen in een veel lager tempo dan de andere.

"Je hebt niet van alles twee exemplaren nodig, " zei Lisch. "En er zijn veel voorbeelden van verschillen in het verlies van overtollige genen wanneer een volledige genoomduplicatie het gevolg is van kruisingen tussen verwante soorten."

Lisch en mama, wiens bevindingen werden gepubliceerd in het tijdschrift De plantencel , suggereren dat die verschillen voortkwamen uit verschillen in het aantal en de distributie van transposons in de twee genomen toen ze voor het eerst werden gecombineerd.

transposons, of zogenaamde "springgenen, " door het DNA bewegen en andere genen dreigen te veranderen of beschadigen. De plant verdedigt zich tegen die transposons door hun activiteit uit te schakelen, soms het niveau van expressie van genen om hen heen verminderen. Lisch en Ma zeiden dat de verloren genen in maïs meestal van hetzelfde subgenoom zijn en verschillen vertonen in beide transposons naast genen en niveaus van expressie van die genen.

"Als je een gen bent en je hebt een transposon in de buurt die is uitgeschakeld, dat kan het gen ook afwijzen, "Zei Lisch. "Het heeft een voordeel om de transposons af te wijzen, maar er zijn ook kosten. De gegevens van maïs suggereren dat een van de twee genomen die samen het maïsgenoom vormden, meer kosten betaalde. Daarom, genen in dit genoom kwamen op een lager niveau tot expressie en gingen na verloop van tijd meer verloren."

Soja bonen, echter, hebben genen van beide genomen in ongeveer hetzelfde tempo verloren.

"Dat suggereert dat toen de twee genomen die samenkwamen om het sojabonengenoom te vormen, ze waren in wezen identiek, ' zei Lisch.

De bevindingen van de auteurs suggereren dat de verdubbeling van het genoom van soja niet afkomstig is van een kruising van verre verwanten, maar uit het eigen genoom van de plant spontaan verdubbelend.

Inzicht in de rol die transposons spelen in de evolutie van genomen kan wetenschappers helpen begrijpen hoe planten compromissen sluiten binnen die genomen.

"Dit geeft inzicht in hoe gedupliceerde genomen zijn veranderd en hoe die veranderingen het fenotype van de plant kunnen hebben beïnvloed zoals we het vandaag waarnemen, " zei Ma. "Dit kan ontdekkingen in gennetwerken vergemakkelijken als we eigenschappen van agronomisch belang analyseren."