In tegenstelling tot het DNA uit de celkern dat van beide ouders afkomt, erven organismen DNA uit organellen, zoals mitochondriën, maar van één ouder, meestal de moeder. Tot nu toe werd gedacht dat de mitochondriën van de niet-bijdragende ouder het alleen in uitzonderlijke gevallen overleefde. Maar in welke mate was onbekend.

Om hier meer inzicht in te krijgen ontwikkelde Kin Pan Chung van Wageningen University & Research tijdens zijn postdoc in de groep van Ralph Block van het Max Planck Instituut voor moleculaire plantenfysiologie in Duitsland een methode om dit goed en efficiënt te testen in de tabaksplant. De sleutel voor een goede screening bleek een plant te zijn met een defect in het mitochondriaal nad9-gen te zijn. Deze planten produceren onvruchtbare stuifmeelkorrels en ontkiemen heel langzaam. Hierdoor kon Chung de sneller ontkiemende zaden met gezonde vaderlijke mitochondriën eenvoudig herkennen.

Gevoelig

De eerste screening bevestigde met vijf snel ontkiemende zaailingen dat de methode werkte. Maar de willekeurige verdeling van vaderlijke en moederlijke mitochondriën deed Chung realiseren dat het erven van vaderlijke mitochondriën niet altijd met een snellere ontkieming samengaat. Een gevoeligere op RT-PCR gebaseerde detectie van een functioneel mitochondriaal nad9 -gen bleek de uitkomst.

Hiermee vond Chung dat onder normale omstandigheden planten 0,18% van de tijd vaderlijke mitochondriën erven. ‘Dat is verrassend hoog’, zegt Chung. Zo hoog dat je volgens hem niet langer kan zeggen dat het erven van mitochondriën aseksueel verloopt. Ontwikkelde de stuifmeelkorrels bij 10 °C, dan nam het erven van de vaderlijke mitochondriën toe tot 0,78%. Omdat eerder onderzoek had aangetoond dat afwezigheid van de exonuclease DPD1 ervoor zorgt dat planten hun plastiden vaker via de vaderlijke lijn erven, bestudeerde Chung of afwezigheid van DPD1 ook het erven van mitochondriën beïnvloedt. Onder normale omstandigheden bleek het nauwelijks uit te maken of er wel of geen DPD1 aanwezig was. Maar ontwikkelden de stuifmeelkorrels van DPD1-loze planten zich in de kou, dan erfden wel 7,34% van de nakomelingen mitochondriën van hun vader.

De onderzoekers vonden twee dingen die dit konden verklaren. Zo kwamen er tijdens stuifmeelkorrelontwikkeling in de kou meer mitochondriën in zaadcellen terecht. Daarnaast toonden ze aan dat DPD1 het mitochondrieel DNA afbreekt, dus als DPD1 afwezig is, blijft er meer mitochondrieel DNA intact.

Grote impact

Over dat laatste is hoogleraar Wataru Sakamoto, die aan de Okayama University in Japan mitose in stuifmeelkorrels bestudeert en niet aan het onderzoek meewerkte, erg enthousiast. ‘Ik vind de betrokkenheid van een DNA-degradatie-enzym bij de overerving een fascineerde bevinding’, zegt Sakamoto. Maar hij geeft ook aan dat vaderlijke overerving bevoordeeld kan zijn omdat de mitochondriën van de moederplant minder goed functioneerden.

De impact van het erven van de mitochondriën van beide ouders kan best groot zijn. Chung legt uit dat fouten in een genoom dat maar door één ouder is doorgegeven niet gecorrigeerd worden via seksuele recombinatie. Daarom geeft het erven van mitochondriën van twee ouders – zelfs als het maar af en toe is – planten de kans om deze fouten te herstellen. Dit kan door de voorkeur te geven aan een set van mitochondriën, maar ook door het fuseren en het recombineren van het DNA van de mitochondriën van beide ouders. Daarom ziet Chung het erven van mitochondriën van een enkele ouder niet als iets absoluuts zonder uitzondering. Zelfs mensen lijken soms mitochondriën van beide ouders te erven, zoals een paper van 2018 in PNAS rapporteert, al worden die bevindingen binnen het veld nog wel als controversieel gezien en betwist.

Emeritus-hoogleraar Ray Rose die aan de Universiteit van Newcastle in Australië het erven van mitochondriën bestudeerde, en die niet bij de studie betrokken was, noemt de studie ‘nieuw en in sommige opzichten elegant’. Rose zegt dat de studie veel aanknopingspunten geeft om het erven van mitochondriën te veranderen, met potentieel om het metabolisme van planten aan te passen. Maar dat ligt op het moment nog ver in de toekomst. Chung concludeert: ‘Op dit moment kunnen we het nog niet controleren, het overerven gebeurt willekeurig.’

Gonzalez-Duran et al. (2026) Nature Plants, DOI: 10.1038/s41477-026-02242-7