Wat is een mitogenoom?

DNA wordt aangetroffen in de kern van cellen en ook in het mitochondriale genoom of mitogenoom. Mitogenomen zijn DNA-moleculen die buiten de celkern rondzweven. Ze slaan hun eigen set genetische informatie op en worden van de moeder geërfd, wat betekent dat ze alleen van moeder op nageslacht worden doorgegeven.

Mitogenomen zijn een "genomische bijvangst" bij het sequencen van het hele genoom. Ze zijn zo overvloedig aanwezig in de cellen dat het heel gemakkelijk is ze te extraheren.

Het bestuderen van mitogenomen is een betrouwbare manier om de voorouders van een soort te volgen. Dit komt omdat genen in de loop van de tijd met een regelmatige snelheid muteren (verandering). De veranderingen in het mitogenoom geven een beeld van de evolutie van luipaarden over honderdduizenden jaren.

Hoe test je het mitogenoom van een luipaard?

We namen weefselmonsters van negen luipaarden in Mpumalanga, Zuid-Afrika, die door auto's waren aangereden en gedood. Dit komt helaas nog veel voor. In niet-beschermde gebieden zijn verkeersdoden verantwoordelijk voor alle accidentele sterfte onder luipaarden.

De monsters werden naar het Wildlife Genomics-laboratorium van de Universiteit van Johannesburg gebracht en vóór DNA-extractie bij -20°C bewaard.

Om het mitogenoom te achterhalen, hebben we het hele nucleaire genoom gesequenced. Wanneer wetenschappers een heel nucleair genoom sequencen, kunnen ze in één keer de DNA-sequentie van elk gen in het genoom van een organisme ontdekken. Hierdoor kunnen we erachter komen waar deze genen precies voor coderen. Bij rode luipaarden hebben we bijvoorbeeld het gen en de mutatie gevonden die de kleur rood veroorzaken. We hebben ook kunnen vaststellen welke erfelijke genen gezondheidsproblemen bij het rode luipaard kunnen veroorzaken. We zouden dezelfde techniek kunnen gebruiken om genen te vinden die de twee clades (groepen verwante luipaarden) uniek maken, of beter aangepast aan de lokale omgeving.

Nadat we de mitogenomen uit de gegevens hadden gehaald, hebben we ze samengevoegd en op één lijn gebracht met een referentiegenoom, een genoom dat de exacte posities van alle genen al bevat. Het referentiegenoom was er een waarvan de sequentie eerder was bepaald en opgeslagen in een online database, Genbank, die de verzameling is van alle openbaar beschikbare DNA-sequenties.

Vervolgens hebben we veel andere mitogenomen gedownload uit online databases, afkomstig uit eerdere onderzoeken, om onze monsters uit Zuid-Afrika te vergelijken met de rest van het continent.

Door dit te doen, konden we ontdekken hoe mutaties die in de loop van de tijd ontstonden, over geografische ruimte werden gesorteerd. Sommige monsters waren afkomstig uit natuurhistorische musea, die tot 150 jaar geleden werden verzameld. Ze vertegenwoordigden de genetische structuur van luipaarden voordat hun leefgebieden door mensen werden opgebroken.

Wat heb je gevonden?

We ontdekten dat de Zuid-Afrikaanse luipaarden afkomstig waren uit twee unieke clades (of subfamilies) die ongeveer 0,8 miljoen jaar geleden in zuidelijk en centraal Afrika werden gevonden. Het is waarschijnlijk dat deze clades hun oorsprong vonden tijdens het Midden-Pleistoceen, een periode tussen 1,6 miljoen en 0,52 miljoen jaar geleden, toen de wereld een onstabiel klimaat kende.

We konden dit vaststellen door de evolutionaire tijdlijn te meten, dat wil zeggen de data waarop de luipaardsoort uiteenliep ten opzichte van de bestaande Euraziatische luipaardgenomen, evenals de genomen van leeuwen en tijgers. Uit eerder onderzoek was al gebleken wanneer deze dieren van elkaar afweken.

In Afrika bezuiden de Sahara werd het Pleistoceen, ook wel de ijstijd genoemd, gekenmerkt door koele en droge cycli, afgewisseld met warme en natte klimaten. Dit veranderde het landschap op het Afrikaanse continent drastisch, wat leidde tot herhaalde uitbreidingen en inkrimpingen van savannegraslanden.

Als gevolg hiervan werden dieren zoals luipaarden gedwongen zich te verplaatsen, op zoek naar graslanden waar hun prooi zou worden gevonden. Tijdens droge perioden raakten de dierenpopulaties van elkaar geïsoleerd, omdat woestijnen de graslanden overnamen en een barrière vormden die luipaarden uit elkaar hield.

Toen de luipaardpopulaties eenmaal gescheiden raakten, begonnen hun genen zich in de loop van de tijd te differentiëren.

Dezelfde soort luipaardbewegingen vinden vandaag de dag nog steeds plaats in Zuid-Afrika. Vooral jonge mannen kunnen tot 300 kilometer van hun huis lopen, op zoek naar nieuw territorium. Als ze het vinden, mengen ze zich met luipaarden uit andere delen van Afrika. Er zijn niet veel luipaarden nodig om de genen van een populatie te diversifiëren. Uiteindelijk verbinden de populaties zich in tijd en ruimte.

Waarom dit ertoe doet

Dit is de eerste keer dat de mitogenomen van luipaarden uit Zuid-Afrika zijn samengesteld. Hierdoor konden we deze luipaarden voor het eerst correct classificeren. Dit is nuttig omdat het kan helpen bij verder onderzoek naar de evolutie van luipaarden. Weten hoe een moderne luipaardpopulatie verwant is aan oude populaties, en de geografische paden die ze mogelijk hebben gevolgd om dit punt te bereiken, helpt bij natuurbehoudsinspanningen.

Tegenwoordig moeten luipaarden bij natuurbehoud vaak worden verplaatst (getransloceerd) om conflicten met mensen te voorkomen in gebieden waar de katten in contact kunnen komen met vee en dit kunnen opeten. Het is belangrijk om te weten welke dieren genetisch divers zijn, zodat we deze diversiteit over grote gebieden kunnen behouden. Wanneer dieren genetisch divers zijn, hebben ze meer kans om ziekte-uitbraken te overleven.

Een van de belangrijkste aspecten van ons onderzoek was de ontdekking dat, hoewel de luipaardclades misschien afzonderlijk zijn geëvolueerd, ze deel uitmaken van dezelfde, onderling verbonden metapopulatie die zich uitstrekt over zuidelijk Afrika, en op dezelfde manier kunnen worden behouden.

Aangeboden door The Conversation

Dit artikel is opnieuw gepubliceerd vanuit The Conversation onder een Creative Commons-licentie. Lees het originele artikel.