Het raadsel van de scheve seksratio

Grit Glawe: 'Mijn resultaten zijn niet alleen wetenschappelijk interessant. Ze zijn ook nuttig voor kwekers en natuurbeheerders.'

De mens, als soort, produceert vrijwel evenveel dochters als zonen. Bij sommige planten is dat niet zo. Wilgen, populieren, kiwi's en asperges bijvoorbeeld hebben een scheve seksratio. Sommige soorten brengen meer mannelijke planten voort, andere meer vrouwelijke. De klassieke verklaring hiervoor is dat de sexe die het best groeit en overleeft, gaat overheersen. Net als bij de mens zou de beginverhouding wel 1:1 zijn, maar door milieuomstandigheden zou die verhouding scheef gaan groeien. Recent is gevonden dat de verhouding vaak al in het zaadstadium scheef ligt, en dat deze verklaring dus niet opgaat. Biologe Grit Glawe zocht en vond een betere verklaring. Ze promoveert op 5 oktober.

Grote aantallen brandnetels
Hoe ging zij te werk? Glawe: 'Ik wilde onderzoeken waardoor precies het geslacht van nakomelingen wordt bepaald. Als modelplant heb ik hiervoor de Grote brandnetel, de Urtica diocia, gebruikt. Ik koos de brandnetel omdat je er daarvan in korte tijd grote aantallen kunt opkweken. Twee maanden na het zaaien bloeit de brandnetel al en kun je het geslacht vaststellen. Om nauwkeurig afwijkingen van de seksratio te kunnen vaststellen, moet je een voldoende grote populatie hebben. En de brandnetel is goed te stekken. Die stekken had ik nodig om over meerdere exemplaren van hetzelfde genotype (genetisch identieke plant) te kunnen beschikken, zodat ik die meerdere keren in experimenten kon gebruiken.'

Eens een brandnetelman altijd een brandnetelman
Al snel kon Glawe vaststellen dat het geslacht van de brandnetel geheel door erfelijke factoren wordt bepaald. Want zelfs onder de meest extreme milieuomstandigheden, of na kloneren, bleef een brandnetelman een man en een brandnetelvrouw een vrouw. Het aantal mannelijke nakomelingen varieerde desalniettemin sterk. Sommige brandnetelmoeders produceerden maar 5% zonen, andere tot 76%. Deze scheve sekseverhouding erft uitsluitend via de vrouwelijke lijn over. Een moederplant uit een familie met een hoog percentage zonen zal altijd een hoog percentage zonen opleveren, zelf als deze plant gekruist wordt met een mannelijke plant uit een familie met weing zonen. De sekseverhouding van de familie waaruit de vaders afkomstig zijn bleek geen enkele invloed te hebben op de sekseverhouding van hun nakomelingschap.

Genetisch conflict
Waar komt al die variatie in geslachtsverhouding onder de nakomelingen vandaan? De resultaten wijzen sterk in de richting van een genetisch conflict tussen kerngenen en mitochondriale genen uit het cytoplasma. Bij overerving via uitsluitend kerngenen zal natuurlijke selectie altijd leiden tot evenveel mannen als vrouwen. Planten bevatten echter ook genen in het cytoplasma. Die genen worden wel door de zaden (via de moeder) doorgegeven, maar niet door het stuifmeel (via de vader). Mitochondriale genen gaan dus via de dochters weer verder, maar een zoon is voor deze genen een dood spoor. Een mitochondrion dat leidt tot meer dan 50% dochters zal toenemen in de populatie. Kerngenen worden daarentegen geslecteerd op een geslachtverhouding van omstreeks 50%. Het conflict tussen kerngenen en mitochondriale genen over de fractie zonen leidt op een evolutionaire tijdschaal niet tot een stabiel evenwicht en dit verklaart de variabele geslachtverhouding.

Moleculaire merkers
Het geslacht van de brandnetel wordt dus bepaald door de genen. Hoe gaat dat? Glawe: 'Ten eerste kunnen vrouwelijke planten waarschijnlijk selecteren tussen het stuifmeel met de mannelijke (Y) en vrouwelijke factor (X). Ten tweede is het mechanisme dat de sekse bepaalt ingewikkelder dan het bekende XX/XY-mechanisme dat bij de mens voorkomt. Door moleculaire merkers te koppelen aan het geslacht konden we niet van 100% maar slechts van 72% van de planten het geslacht correct voorspellen. Uit deze analyse bleek dat meer dan één onafhankelijk overervende factor is betrokken bij de geslachtbepaling.'

Voedselproductie en natuurbeheer
Glawes resultaten zijn niet alleen wetenschappelijk interessant, ze kunnen ook nuttig zijn voor kwekers en natuurbeheerders. Een kweker van papaja's of kiwi's wil het liefst de vrouwelijke planten opkweken en maar een paar mannelijke overhouden voor de bestuiving. Aspergetelers daarentegen willen juist veel mannelijke planten. Daarnaast kan het onderzoek van Glawe van belang zijn voor het beheer van natuurlijke populaties. Een populatie met een overschot aan vrouwelijke planten, zoals de kruipwilg in het duin, groeit harder dan een populatie met vooral mannelijke planten zoals de duindoorn.

Vaak gestoken
Vaak werd Glawe de afgelopen vier jaar de vraag gesteld of ze het niet vervelend vond om met die stekelige brandnetels te werken. Glawe: 'Ik ben de afgelopen vier jaar vaker door brandnetels geprikt dan in de vijfentwintig jaar daarvoor. Wist je dat er ook een brandnetelvariant in Zuid-Engeland bestaat die nauwelijks prikt? Misschien moet ik daar een volgende keer onderzoek aan gaan doen!'

Grit Glawe
Grit Anja Glawe (1976) werd geboren in Erfurt (Duitsland) en behaalde daar haar Gymnasiumdiploma. Ze studeerde biologie aan de Friedrich-Schiller-Universität  in Jena. In 1999 ging ze als wetenschappelijk assistent werken bij het Max Planck Institut für Chemische Ökologie. In 2002 begon ze met haar promotieonderzoek bij het Instituut Biologie Leiden. Haar promotor is prof.dr. Eddy van der Meijden, haar co-promotor prof.dr. Tom de Jong. Ze rondde dit onderzoek binnen vier jaar af en werkt sinds enkele maanden bij een bedrijf dat gespecialiseerd is in de veredeling, productie en verkoop van groentezaden.

Grit A. Glawe, Sex ratio variation and sex determination in Urtica diocia. ISBN 90 6464 026 2. (Geen handelseditie).

(3 oktober 2006/DH)