Plantenwortels veranderen hun groeipatroon tijdens de ‘puberteit’
Roots go through a puberty phase, which could have important implications for developing climate-resilient agriculture
15 november 2024
Gent, 15 november 2024 – Als we begrijpen hoe wortels groeien, kunnen we planten ontwikkelen die bijvoorbeeld beter bestand zijn tegen droogte. Onderzoek door het team van prof. Bert De Rybel (VIB-UGent), de VIB Screening Core, en Universiteit Gent onthult hoe wortels de puberteit doormaken, wat zou kunnen leiden tot toepassingen voor klimaatbestendige landbouw. Hun werk verschijnt in Science.
Plantenpuberteit
Planten ondergaan, net als alle levende organismen, verschillende ontwikkelingsstadia, beginnend als een zaadje, groeien ze tot een scheut, en uiteindelijk een volgroeide, vruchtbare plant. Ze maken zelfs een soort van ‘puberteit’ door waarin een jonge scheut zijn groeipatroon verandert, wat essentieel is voor overleving en aanpassing aan de omgeving. Door de richting waarin cellen zich delen te veranderen, kunnen planten meer in de breedte dan in de hoogte groeien, of omgekeerd.
Maar wat gebeurt er onder de grond? Gaan de wortels ook door de puberteit?
Tussen de eerste en derde week van ontwikkeling ondergaan wortels veel veranderingen. Onderzoekers van het team van prof. Bert De Rybel (VIB-UGent Centrum voor Plantensysteembiologie) en de VIB Screening Core, samen met het Departement Chemie van de Universiteit Gent, zijn de eersten die de moleculaire details van de ‘wortelpuberteit’ hebben ontdekt.
“Ons onderzoek levert moleculaire inzichten op in de leeftijdsafhankelijke veranderingen die optreden in deze cruciale fase in de wortel,” zegt prof. De Rybel. "We ontdekten dat een kleine chemische molecule de hoeveelheid van het SPL13 eitwit in plantencellen kan veranderen, wat de oriëntatie van de celdeling regelt en zo het groeipatroon kan veranderen."
Groei en ontwikkeling
De transitie die het resultaat is van SPL13-activiteit wordt gekenmerkt door duidelijke veranderingen in de wortels die cruciaal zijn voor de algehele ontwikkeling van de plant.
Dr. Dominique Audenaert, hoofd van de VIB Screening Core (onderdeel van VIB Technologies), legt uit: “We zorgden voor geavanceerde microscopie-gebaseerde screeningtechnologie waarmee we moleculen konden identificeren die de oriëntatie van celdelingen wijzigen in celculturen. Door het werkingsmechanisme van de geïdentificeerde moleculen te bepalen konden we aantonen dat verandering van de SPL13-productie in cellen leidt tot wortelsystemen die dikker en dieper groeiden.”
Door de niveaus van SPL13 te veranderen, konden de wetenschappers de wortelveroudering zelfs versnellen of vertragen.
“Ons onderzoek,” legt prof. De Rybel uit, “ontrafelt niet alleen een voorheen onbekend fundamenteel mechanisme voor de ontwikkeling van planten, maar opent ook nieuwe wegen voor verbeterde gewasopbrengsten in veranderende omgevingsomstandigheden.”
Met een groeiende wereldbevolking, zal het optimaliseren van de plantengroei en -ontwikkeling van cruciaal belang zijn voor de voedselzekerheid. Door het belang van de wortelpuberteit in de plantenbiologie beter te begrijpen kunnen wetenschappers potentiële toepassingen ontwikkelen die wortelgroeipatronen beïnvloeden. Dit kan op zijn beurt een invloed hebben op oogstopbrengsten in de landbouw via, bijvoorbeeld, het ontwikkelen van planten die beter bestand zijn tegen droogte.
Publicatie
SPL13 controls a root apical meristem phase change by triggering oriented cell divisions. Yang, Sun, et al. Science, 2024.
Financiering
Dit werk werd gefinancierd door de European Research Council (ERC), Fonds Wetenschappelijk Onderzoek (FWO) en een subsidie van de China Scholarship Council (CSC).
Over het VIB-UGent Centrum voor Planten Systeembiologie
Het VIB-UGent Centrum voor Planten Systeembiologie wil inzicht krijgen in hoe planten groeien en reageren op de omgeving. Hun wetenschappers bestuderen hoe bladeren en wortels worden gevormd, welke micro-organismen er op en rond de plant leven en welke stoffen planten aanmaken. Ze brengen de genetische verscheidenheid van het plantenrijk in kaart. Deze kennis kan leiden tot duurzame innovaties in landbouw en voeding.
