21 juni 2018

Netwerk van signaalstoffen in planten ontrafeld

Recept voor snel herstel na overstroming

Overstroming van landbouwgebieden zorgt vaak voor een slechte oogst. Meestal kijken wetenschappers die de invloed onderzoeken van overstromingen op planten naar de periode van overstroming zelf. Biologen van de Universiteit Utrecht ontdekten dat een plant ook nog stress ervaart als het water alweer weg is. Eerst lijkt hij helemaal in orde, maar een dag later kunnen zijn bladeren ineens toch uitgedroogd zijn. De Utrechtse onderzoekers ontrafelden het systeem waarmee een plant omgaat met die stress ná een overstroming. Het wetenschappelijke tijdschrift PNAS publiceerde hun bevindingen.
 

Uitdroging door overstroming

Onderzoeker Rashmi Sasidharan van de UU leidde het project waaruit voor het eerst bleek dat niet alleen de processen in een plant tijdens een overstroming essentieel zijn voor zijn herstel, maar ook die in de periode die volgt op de wateroverlast. “Zoals zoveel plantenbiologen, onderzochten wij de invloed van overstromingen op de groei van planten. Na afloop van een experiment ontdekten we dat bepaalde exemplaren van zandraket (Arabidopsis thaliana) die er nog goed uitzagen op het moment dat we het water weg lieten lopen, de volgende dag ineens waren uitgedroogd. Terwijl de bodem dan nog steeds heel nat was.”
 

Arabidopsis

Huidmondjes nog even dicht

Verschillende factoren blijken van invloed op de herstelsnelheid van een plant in de periode die volgt op ernstige wateroverlast. Onderzoeksleider Sasidharan: “Door de uitgedroogde bladeren dachten wij in de eerste plaats aan de huidmondjes. Dat bleek te kloppen. De mooie bladeren zijn bij voorbaat verloren wanneer de plant direct zijn huidmondjes weer opent om kooldioxide en zuurstof uit te wisselen voor zijn fotosynthese. Via die huidmondjes verliest hij ook water. Doordat de wortels door het water zijn aangetast, zijn die nog niet in staat om dat verlies te compenseren. De huidmondjes moeten dus nog even dicht blijven. Dan maar even wachten met fotosynthese. We kwamen erachter dat de huidmondjes open en dicht gaan door de interactie tussen de twee hormonen ethyleen en abscisinezuur.”
 

Oxidatieve stress

Een andere factor waar de plant goed mee om moet gaan, is oxidatieve stress. Sasidharan: “Als het water weg is, wordt de plant plotseling blootgesteld aan heel veel zuurstof. Daarvan worden in de cellen van de plant schadelijke stoffen gemaakt die bekend staan als ROS, reactive oxygen species. Tegelijkertijd zijn die toxische stoffen belangrijke signaalmoleculen. Als een plant die opmerkt, gaat hij onder meer grote hoeveelheden anti-oxidanten maken die bijdragen aan zijn herstel. Daarvoor is het ROS-signaal essentieel.“

Gen voor chlorofylafbraak uit laten

Verder vond Sasidharan samen met haar voormalige promovenda en eerste auteur van het artikel Elaine Yeung dat de afbraak van bladgroen door activeren van het gen ORE1 niet goed is voor het herstel van de plant. “In de periode na een overstroming is het beter om de goede, volgroeide bladeren te behouden. Planten die ORE1 niet aanzetten, houden groenere bladeren en herstellen sneller”, aldus Sasidharan.

Publicatie

A stress recovery signaling network for enhanced flooding tolerance in Arabidopsis thaliana

Elaine Yeung*, Hans van Veen*, Divya Vashisht*, Ana Luiza Sobral Paiva, Maureen Hummel, Tom Rankenberg*, Bianka Steffens, Anja Steffen-Heins, Margret Sauter, Michel de Vries, Robert C. Schuurink, Jérémie Bazin, Julia Bailey-Serres*, Laurentius A. C. J. Voesenek*, and Rashmi Sasidharan*

PNAS, 11 juni 2018

* Verbonden aan de Universiteit Utrecht