Overlevingsreactie bij overstroming nog steeds aanwezig in veel gewassen

Utrechtse onderzoekers hebben ontdekt dat verschillende gewassen nog steeds over de genen beschikken die nodig zijn om overstromingen te overleven. Ze hebben alleen het vermogen verloren om deze genen te activeren, zoals rijst dat wel kan. "Nu overstromingen steeds vaker voorkomen, is het belangrijk om te begrijpen hoe onze gewassen beter bestand kunnen worden tegen overstromingen.”  

Samen met onderzoekers van de Universiteit van Californië en de Emory University, hebben Utrechtse plantenwetenschappers onderzocht hoe gewassen reageren als ze onder water staan. In Science (20 september) beschrijven ze hoe ze een wilde tomaat, een gecultiveerde tomaat, een op alfalfa lijkende plant en rijst onder de loep hebben genomen. Momenteel is rijst het enige voedselgewas dat overstromingen kan overleven. Maar het team ontdekte dat in andere gewassen nog steeds de genen aanwezig zijn die planten nodig hebben voor een onderwaterreactie. Al deze gewassen blijken minstens 68 families van genen gemeen hebben die geactiveerd worden als reactie op een overstroming.

In ons werk keken we naar de genen in de wortelpunten, die als eerste reageren op een overdaad aan water

Op ongekend gedetailleerd niveau keek het team naar de manier waarop het DNA de cel opdracht geeft om een onderwaterreactie in gang te zetten. "In ons werk keken we naar de genen in de wortelpunten, die als eerste reageren op een overdaad aan water. We gebruikten nieuwe moleculaire methoden om een compleet beeld te schetsen van wat er met de genexpressie in de wortelpunten gebeurt, om te begrijpen welke genen worden geactiveerd als ze onder water of zonder zuurstof raken”, zegt gedeelde eerste auteur Kaisa Kajala van de groep Moleculaire Ecofysiologie van Planten van de Universiteit Utrecht.

Tomatenonderzoek

"We ontdekten dat de kern van de onderwaterreactie bewaard is gebleven in gewassen, van overstromingstolerante rijst tot aan een wilde tomaat die juist aangepast is aan droogte", zegt Kajala, die het tomatenonderzoek voor haar rekening nam. "Rijst geeft de sterkste reactie, wat leidt tot tolerantie tegen overstroming. We vonden aanwijzingen voor de manier waarop rijst zo'n sterke reactie in gang kan zetten."

Dit is de eerste keer dat een overstromingsreactie op zo’n veelomvattende manier is onderzocht, in soorten die evolutionair heel divers zijn. "We hopen de kennis die hebben we opgedaan over rijst te benutten om de genen in andere planten te activeren, om gewassen beter bestendig te maken tegen overstroming", zegt hoofdauteur Julia Bailey-Serres, profileringshoogleraar in de groep Moleculaire Ecofysiologie van Planten.

Publicatie

Evolutionary flexibility in flooding response circuitry in angiosperms. Science, 20 september. Mauricio A. Reynoso, Kaisa Kajala*, Marko Bajic, Donnelly A. West, Germain Pauluzzi1, Andrew I. Yao, Kathryn Hatch, Kristina Zumstein, Margaret Woodhouse, Joel Rodriguez-Medina, Neelima Sinha, Siobhan M. Brady, Roger B. Deal, Julia Bailey-Serres* DOI: 10.1126/science.aax8862

* auteurs die verbonden zijn aan de Universiteit Utrecht