Oude herbarium-exemplaren geven hun DNA-geheimen prijs

27-MEI-2020 - Voor veel biogeografische studies naar plantengroepen is materiaal van over de halve wereld nodig. Zelfs buiten coronatijd is het verzamelen hiervan amper te doen. Gelukkig lukt het steeds beter om ook oude, lang geleden in verre streken verzamelde herbariumexemplaren te gebruiken, om zo biogeografische vragen te beantwoorden.

Voor veel plantengroepen is het niet eenvoudig om op DNA gebaseerd fylogenetisch (verwantschaps-) of biogeografisch onderzoek te doen, waarbij een representatief deel van de soorten kan worden meegenomen. Om vers materiaal te verzamelen zou je dan zeer uitgebreide gebieden moeten bezoeken. Dit geldt des te meer voor tropische groepen waarvoor het verkrijgen van zulk materiaal nog lastiger is, en al helemaal voor de meeste groepen van bomen. Vanwege hun grootte zijn die vaak moeilijk te verzamelen, en als gevolg daarvan ook relatief onbekend. Verder bevatten veel monsters geen bloemen of vruchten en zijn daardoor niet eenvoudig op naam te brengen.

Er is echter een enorme schat aan informatie beschikbaar in de circa 3400 herbaria van de wereld. In deze collecties liggen naar schatting 350 miljoen specimens, die over de afgelopen decennia, en soms zelfs eeuwen, al door botanici zijn bekeken en van een naam voorzien. Het DNA van dit herbariummateriaal is echter vaak zwaar gefragmenteerd, wat problematisch is voor traditioneel DNA-onderzoek. 

Tienduizenden loci

Door gebruik te maken van korte stukjes DNA (loci) kun je dit fragmentatieprobleem omzeilen. Om toch genoeg resolutie te krijgen, heb je dan wel veel van die korte stukjes nodig. Met behulp van MIGseq (multiplexed ISSR genotyping by sequencing), kun je tienduizenden korte loci genereren.

Een groep van bomen waarvan de fylogenie en de biogeografie nog onvoldoende bekend was, zijn de zuidelijke eiken (Lithocarpus). Deze bomen, verwant aan onze eiken, komen voor van India tot oostelijk Azië en Nieuw-Guinea. Daarbij rijst meteen de vraag of deze bomen met toch zware zaden (eikels) slechts één keer of meerdere malen de oversteek hebben gemaakt over de Wallace-lijn (de geografische barrière die de flora en fauna van Zuidoost-Azië scheidt van die van Sulawesi en Nieuw-Guinea). 

Nieuwe inzichten

In een studie geleid door Joeri Strijk, momenteel professor in China, werden 44 soorten Lithocarpus afkomstig uit het gehele verspreidingsgebied van het geslacht geanalyseerd met MIGseq. De helft van de soorten werd vers verzameld in het veld of in botanische tuinen. De andere helft was afkomstig van herbariumexemplaren, sommige zo’n honderd jaar oud. Van de 22 gebruikte herbariumexemplaren waren er 21 afkomstig van Naturalis in Leiden, dat een uitgebreide collectie van planten uit Zuidoost-Azië bezit. Het DNA van de herbariumexemplaren gaf ongeveer evenveel informatie als dat van de verse monsters, wat aangeeft dat MIGseq een prima methode is om herbariummateriaal mee te analyseren. De analyse toont aan dat de Wallace-lijn voor deze zuidelijke eiken blijkbaar toch niet zo’n grote barrière vormt als eerder werd aangenomen. Het bleek dat de meeste geanalyseerde soorten van achter de Wallace-lijn meer verwant waren aan soorten uit Zuidoost-Azië dan onderling, en dat de oversteek meerdere malen gemaakt moet zijn, vanuit verschillende brongebieden. Een belangrijke route voor deze zuidwaartse verspreiding zou via de oostelijke eilandketens van Wallacea gegaan kunnen zijn. 

Meer informatie

Lees meer over deze studie in het artikel 'Museomics for reconstructing historical floristic exchanges: Divergence of stone oaks across Wallacea' in het wetenschappelijke journal PLOS ONE.

Meer informatie over zuidelijke eiken en alle verwante soorten in de familie is te vinden op www.asianfagaceae.com. Dit Fagaceae-webportaal is de centrale online bron voor informatie over alle ongeveer zevenhonderd Aziatische soorten van de familie (evenals de resterende ~ driehonderd soorten verspreid over Europa en de Amerika’s). De database bestaat uit soortenpagina's met informatie over de morfologie, ecologie, distributie, evolutionaire geschiedenis, identificatie en conservation status van alle Fagaceae. De website bevat ook updates over lopende onderzoeksprogramma's naar de familie en directe links naar de belangrijkste bronnen van Fagaceae gerelateerde literatuur, herbarium- en levende collecties in tuinen.

Tekst: Jan Wieringa en Joeri Strijk
Foto’s: J.S.Strijk & V.Chamchunroon ©Alliance for Conservation Tree Genomics (leadfoto: Lithocarpus recurvatus Barnett uit Thailand)