Uiterlijk zien degenkrabben er nog steeds hetzelfde uit, maar het genoom van deze dieren is drastisch veranderd.
Het oudste fossiel van een degenkrab dateert van ongeveer 450 miljoen jaar geleden. Als je dat fossiel naast een moderne degenkrab legt, zal je weinig verschillen zien. Deze bizarre zeedieren worden dan ook vaak ‘levende fossielen’ genoemd. Maar schijn kan bedriegen. Ook al is er uiterlijk bijna niets veranderd, op genetisch niveau vonden er dramatische gebeurtenissen plaats. In een recent studie in het vakblad Communications Biology brachten wetenschappers het DNA van twee soorten in kaart: de mangrove-degenkrab (Carcinoscorpius rotundicauda) en de Chinese degenkrab (Tachypleus tridentatus). Uit de genetische analyses bleek dat het volledige genoom van deze dieren enkele keren verdubbeld werd.
Genoomduplicaties
De meeste dieren gaan met twee genoomkopieën door het leven. Zo komt bij de mens bijvoorbeeld elk chromosoom twee keer voor, resulterend in een totaal van 23 paar chromosomen. Bij de degenkrabben is het genoom minstens twee keer verdubbeld tijdens hun evolutie. Wetenschappers ontdekten dit door de Hox-genen te bestuderen. Deze genen komen voor bij alle dieren en zijn verantwoordelijk voor de opbouw van het lichaam. Hox-genen liggen meestal netjes gerangschikt in een cluster. Bij een genoomduplicatie verdubbelt dus automatisch het aantal clusters van Hox-genen. Na de verdubbeling kunnen de clusters weliswaar uit elkaar vallen of volledig verdwijnen door herschikkingen in het genoom. Het is dus een lastige puzzel om te reconstrueren.
Hox-Clusters
Bij andere ongewervelden – zoals fruitvliegjes en duizendpoten – tellen we slechts een Hox-cluster, terwijl er in het genoom van de degenkrabben meerdere clusters aanwezig zijn. De mangrove-degenkrab heeft vijf volledige clusters en nog wat extra Hox-genen die verspreid in het genoom liggen. De Chinese degenkrab heeft drie volledige clusters met ook wat eenzame Hox-genen op andere plekken in het genoom. Deze aantallen suggereren dat er minstens twee genoomduplicaties plaatsvonden. Tijd voor wat rekenwerk. De eerste duplicatie verdubbelde het aantal clusters van een naar twee. Vervolgens leidde een tweede duplicatieronde tot vier clusters waarvan er eentje uiteenviel in losliggende Hox-genen (zoals we zien in het DNA van de Chinese degenkrab). Tenslotte onderging de voorouder van mangrove-degenkrab nog een derde verdubbeling. Drie volledige clusters werden opnieuw verdubbeld tot zes clusters waarna opnieuw eentje opbrak in een verzameling van aparte Hox-genen.
Kopieën
De conclusie van minstens twee genoomverdubbelingen werd bevestigd door een andere groep genen: de microRNAs. Dit zijn korte stukjes DNA die een belangrijke rol spelen in de regulatie van genexpressie. Sommige van deze microRNAs hebben meerdere kopieën in het genoom van de degenkrabben. Precies zoals je zou verwachten na enkele genoomduplicaties. Verdere analyses toonden aan dat de diverse kopieën van Hox-genen en microRNAs aan verschillende snelheden evolueerden. Mogelijk heeft deze genetische veelzijdigheid bijgedragen aan de lange evolutionaire geschiedenis van de degenkrabben, die al meer dan 450 miljoen jaar in de oceanen overleven.
Jente Ottenburghs promoveerde aan de Universiteit Wageningen waar hij onderzoek deed naar de evolutie van ganzen. Na een stage bij de wetenschapsredactie van de Volkskrant en een postdoc aan de Uppsala Universiteit in Zweden werkt hij nu als docent ecologie aan de Universiteit Wageningen. Meer weten over Jente? Neem een kijkje op zijn website.
