Nieuws

Doorbraak in begrip van groei en ontwikkeling plant

Gepubliceerd op
28 augustus 2014

Planten groeien door celdeling, celstrekking en differentiatie van cellen en weefsels. Die processen zorgen voor de structuur van de plant. Tegelijkertijd kunnen planten heel snel reageren op prikkels: de scheut buigt zich naar het licht, wortels zoeken de zwaartekracht op. “Voor het eerst begrijpen we hoe die snelle reacties samen kunnen gaan met het behoud van de structuur van de plant, in een samenspel tussen het hormoon auxine en regeleiwitten”, aldus hoogleraar Ben Scheres van Wageningen University. De doorbraak is gepubliceerd in het gerenommeerde tijdschrift Nature.

Het plantenhormoon auxine is een manusje van alles: het heeft een veelheid van taken in de plant. “Het beïnvloedt de ontwikkeling van stamcellen naar gedifferentieerde weefsels, maar speelt ook een rol bij snelle reacties op veranderingen in de omgeving. Hoe kan één signaalstof zulke heel verschillende processen aansturen? Dat is het onderwerp van ons onderzoek”, vertelt Scheres. Hij houdt zich al twintig jaar bezig met regulatie van de groei. Aanvankelijk aan de Universiteit Utrecht, nu bij de leerstoel Ontwikkelingsbiologie van planten van Wageningen University. Via één van zijn postdocs heeft het onderzoek een belangrijke aftakking gekregen in Finland.

Regeleiwitten

Behalve auxine zijn er vier regeleiwitten (transcriptiefactoren) onder de verzamelnaam PLETHORA (PLT) in het spel. Deze zetten genen aan of uit. Auxine zelf blijkt de snelle reacties van de plant rechtstreeks aan te sturen. Al binnen een paar minuten buigt een wortel een andere kant op als de richting van de zwaartekracht verandert. De regeleiwitten op hun beurt beïnvloeden de plaats en de grootte van de zones waarin celdeling, celstrekking en differentiatie plaatsvinden. Dit gebeurt in een veel langzamer tempo. Het hangt van de gradiënt van de PLT’s af hoe de zonering eruit ziet. “Vroeger dachten we dat die gradiënt rechtstreeks verband had met de auxine-gradiënt. Maar daarmee kun je de stabiele structuurvorming onder snel wisselende omstandigheden niet verklaren. Er blijken veel feedbacks en afhankelijkheden in de processen te zitten. De groei beïnvloedt de gradiënten en die beïnvloeden de groei weer. Veel componenten hadden we al in beeld, maar nu begrijpen we het totale beeld veel beter”, zegt Scheres.

Het onderzoek is een goed voorbeeld van wat systeembiologie vermag: een samenspel tussen simulaties binnen wiskundige modellen en gerichte experimenten.

Diepte-investering

Het gaat om fundamenteel onderzoek met een duidelijke maatschappelijke kant, maakt hij duidelijk. “We staan voor de uitdaging om de wereld van meer voedsel te voorzien. Er is niet alleen behoefte aan snelle oplossingen, maar er zijn ook diepte-investeringen nodig. Alleen door een beter begrip van de echte basisprocessen in de plant – groei en ontwikkeling – kun je nieuwe richtingen inslaan. Dan kun je straks beter sturen, in de veredeling of in de teelt”, vertelt Scheres en hij besluit met een voorbeeld: “De wortel heeft maar een kleine zone waarin hij zijwortels kan maken. Als je de schakelaars voor die zonering kent, kun je de architectuur veranderen. Zo kom je wellicht tot een plant met een beter en meer productief wortelstelsel.”