Nieuwe inzichten in hoe planten reageren op hitte en droogte

Gent, 29 November 2024 – We worden steeds vaker geconfronteerd met de gevolgen van klimaatverandering, mislukte oogsten zijn slechts één voorbeeld. Deze uitdagingen moeten op verschillende fronten aangepakt worden, onder meer door planten weerbaar te maken. Onderzoek naar huidmondjes, die je kan beschouwen als de zweetklieren van planten, levert nuttige inzichten op. Het VIB-UGent-team van Prof. Ive De Smet heeft, samen met een internationaal team van onderzoekers, de regulatie in kaart gebracht van het openen en sluiten van huidmondjes als reactie op hitte en droogte. Dit kan de weg effenen voor de ontwikkeling van klimaatbestendige gewassen.

De wereldwijde klimaatverandering treft steeds meer mensen, extreme weersomstandigheden worden langzaam de norm. Naast de directe gevolgen, zoals overstromingen en ernstige droogte, heeft dit ook een grote impact op onze natuurlijke ecosystemen en gewassen. Dit maakt het in veel regio’s steeds moeilijker om het voedsel te telen dat we nodig hebben of om planten te vinden die voldoende aangepast zijn aan het klimaat.

Prof. Ive De Smet (VIB-UGent): “Ons onderzoekslabo focust al jaren op de impact van extreme weersomstandigheden op planten. De moleculaire kennis die we daarmee verwerven, vormt een belangrijke basis om de weerbaarheid van de planten te vergroten. We leren uit de natuurlijke mechanismen die planten zelf inzetten, zoals de cruciale rol van huidmondjes in hoe planten met hun omgeving interageren. Begrijpen hoe huidmondjes precies geactiveerd worden, is dan ook van groot belang.”

Strijdige reacties van huidmondjes, de ‘zweetklieren’ van planten

Planten reageren op wijzigingen in de omgeving, onder meer door hun huidmondjes te openen of te sluiten. Deze kleine poriën regelen de gas- en waterdampuitwisseling met de omgeving, kunnen ziekteverwekkers binnen laten dringen en zijn cruciaal in de bescherming van planten tegen abiotische stress. Bij hitte openen de huidmondjes om af te koelen, in droge omstandigheden sluiten ze om waterverlies te voorkomen. Maar wanneer het droog en heet is, kunnen er tegenstrijdige – en daardoor minder efficiënte – reacties uitgelokt worden. Het VIB-UGent team onder leiding van Prof. Ive De Smet werkte samen met onderzoeksteams van de universiteiten van Utrecht (NL), Valencia (Spanje) en Wageningen (NL) om de onderliggende cellulaire mechanismen te ontrafelen.

Een goed gereguleerde signaal-as

Dr. Xiangyu Xu (VIB-UGent), eerste auteur van de studie: “Huidmondjes openen en sluiten zeer snel. Dit kan alleen maar met signaalmechanismen die als schakelaars werken. Daarom dachten we meteen aan fosforylatie-gecodeerde schakelaars binnen eiwitnetwerken, ze zijn omkeerbaar en werken meestal sneller dan genetische schakelaars. Vandaar de keuze om de rol van kinase-gemedieerde fosforylatie in de opening en sluiting van huidmondjes te bestuderen.”

Xiangyu XuRen Wang, Hilde Nelissen, Brigitte Van De Cotte, Ive De Smet, Lam Dai Vu, Steffen Vanneste, en Hongyan Liu

Xu en zijn collega’s identificeerden en karakteriseerden een nieuwe fosforylatie-afhankelijke signaal-as die de opening van huidmondjes reguleert bij hitte en/of droogte. Ze toonden aan dat TOT3, een eiwit geassocieerd met hoge temperaturen, de opening van huidmondjes bij hitte controleert. De onderzoekers zagen ook dat OST1, een regulator van de sluiting van huidmondjes bij droogte, TOT3 meteen inactiveert via fosforylatie. Deze specifieke, fosforylatie-gemedieerde controle van de TOT3-activiteit kan je beschouwen als een schakelaar die de opening van huidmondjes regelt bij hitte en/of droogte.

Dr. Lam Dai Vu (VIB-UGent): “Het geeft me als onderzoeker grote voldoening dat we een nieuwe signaal-as hebben ontrafeld die het openen en sluiten van huidmondjes bij stress reguleert. Maar in de context van de wereldwijde klimaatverandering is het pas echt belangrijk om deze mechanismen te begrijpen, als we erin willen slagen om gewassen te ontwikkelen die bestand zijn tegen de klimaatuitdagingen.”

Publicatie

High temperature-mediated stomatal opening is regulated by the OST1-regulated TOT3-AHA1 module. Xu et al. Nature Plants 2024

Financiering

Dit werk werd ondersteund door het Agencia Estatal de Investigación, NWO, UGent en de China Scholarship Council.

Over de Universiteit Gent

De Universiteit Gent (UGent) is opgericht in 1817 en profileert zich als een open, sociaal geëngageerde en pluralistische universiteit in een breed internationaal perspectief. Met haar 86 vakgroepen, verdeeld over 11 faculteiten, biedt ze in vrijwel elke wetenschappelijke discipline hoogstaande en door onderzoek ondersteunde opleidingen aan. De UGent staat open voor alle studenten ongeacht hun levensbeschouwelijke, politieke, culturele en sociale achtergrond. Het motto van de universiteit is ‘Durf Denken’.
​Vandaag de dag is de Universiteit Gent één van de belangrijkste universitaire instellingen in het Nederlandse taalgebied.

Meer info op www.UGent.be.