ľ�ϸ���Ӱ��

Ondanks dat planten niet over een stel hersenen of een zenuwstelsel beschikken, weten hun wortels toch welke kant ze op moeten groeien. Verschillende omgevingsfactoren zoals zout, water, licht en zwaartekracht hebben invloed op deze groeirichting. Theoretisch biologen en van de Universiteit Utrecht onderzochten samen met experimenteel plantenbiologen van de Universiteit van Amsterdam de reactie van plantenwortels op een omgeving met daarin een gradiënt van zout, ook wel halotropisme genoemd. Hierbij ontdekten zij een nieuwe kant van het verhaal.

Plant Development

Het is bekend dat groei wordt gecoördineerd door het plantenhormoon auxine. Een asymmetrische verdeling van dit hormoon zorgt voor asymmetrische groei en daarmee buiging van de wortel van de hoogste zoutconcentratie af. In een verschenen op 15 september van het tijdschrift Development, genaamd Plant Development, tonen de onderzoekers via een gedetailleerd model drie relevante zaken aan. “Ons model laat zien dat de vorm van de wortelpunt een belangrijke rol speelt. Daarnaast blijkt auxine een feedbackmechanisme te initiëren, wat weer de asymmetrie bevordert. Ook het belang van een ander eiwit kwam hierbij om de hoek kijken”, aldus Van den Berg. Een afbeelding van het model is te bewonderen op de van de speciale uitgave.

Zoutstress

Er wordt veel onderzoek verricht naar zoutstress onder planten, zeker gezien het belang ervan in de landbouw. “In 2013 verscheen er een publicatie van onder andere Christa Testerink (UvA) waarin de subtiele manier waarop de plant weggroeit van zout omschreven wordt. Ik vroeg mij af hóe de zoutgradiënt dan precies voor die buiging zorgt”, aldus Ten Tusscher. Aan de ene kant van de plantenwortel vindt minder transport plaats van auxine en aan de andere kant juist meer. Hoe dat gereguleerd wordt en of dat mechanisme alleen genoeg is, is opgehelderd door de modellen van Ten Tusscher en Van den Berg. En de resultaten zijn vernieuwend. Ten Tusscher: “We ontdekten een complexiteit die we van te voren niet zagen aankomen.”

Model

Het model laat zien dat het wigvormige verloop van de wortelpunt van belang is om ervoor te zorgen dat de daling van een auxine transporterend eiwit (PIN2) aan de zoutblootgestelde zijde kan leiden tot een lichte verhoging van auxine aan de andere zijde. Ook toonden de onderzoekers aan dat auxine een positieve feedback heeft op auxine transporterende eiwitten. De initiële auxine asymmetrie wordt op die manier versterkt. Daarnaast stijgt ook het niveau van een ander eiwit (PIN1) onder invloed van zout. De PIN1 toename verhoogt vervolgens de snelheid van het amplificatiemechanisme van auxine. “Dit laatste eiwit bleek toch meer van belang dan vooraf gedacht. Op de lange termijn heeft het namelijk helemaal geen effect, maar op de korte termijn zorgt het voor het versnellen van het positieve feedbackmechanisme van auxine”, aldus Ten Tusscher.

Samenwerking

Dat de twee Utrechtse biologen gingen samenwerken met Christa Testerink en Ruud Korver van de Universiteit van Amsterdam is geen toeval. Van den Berg: “Ik kende Christa van mijn bachelorstudie Biologie in Amsterdam. Door haar enthousiaste colleges over zoutstress, kreeg ik daar ook affiniteit mee. Toen ik tijdens mijn master Molecular and Cellular Life Sciences aan de Universiteit Utrecht de mogelijkheid kreeg om bij de onderzoeksgroep van Kirsten mijn masterstage te doen, heb ik die direct gegrepen. In Amsterdam voeren ze de experimenten uit op de Arabidopsis plant en wij modelleren de verkregen data. Andersom voorspellen wij met onze modellen wat er verder allemaal een rol speelt en testen en bevestigen zij dit vervolgens met hun experimenten. Zo vallen alle puzzelstukjes in elkaar.”

Communicatie in planten

Van den Berg heeft haar masterprogramma inmiddels afgerond en is in september begonnen aan haar promotieonderzoek, waarbij ze een vervolg geeft aan dit onderzoek. Van den Berg: “Uiteindelijk willen we ontrafelen hoe planten besluiten wat voor hen de beste richting is om op te groeien. Hoe weten ze bijvoorbeeld wat de minst zoute kant is, er heerst immers vaak maar zo’n 5% verschil in de concentratie. Daarnaast speelt zwaartekracht ook nog een rol. De plantencellen communiceren op de ene of andere manier met elkaar en wij willen via fundamenteel onderzoek uitvinden hoe deze communicatie verloopt. Door deze communicatie te doorgronden, kunnen we begrijpen hoe planten informatie integreren en een beslissing nemen.”

Publicatie

Modeling halotropism: a key role for root tip architecture and reflux loop remodeling in redistributing auxin
Thea van den Berg*, Ruud A. Korver, Christa Testerink & Kirsten H. W. J. ten Tusscher*
Development (2016); doi:10.1242/dev.135111
* verbonden aan de Universiteit Utrecht