Hoe het komt dat kiemplantjes altijd naar het licht groeien

Bericht uitgegeven op [publicatiedatum]

Onderzoekers van Carnegie Institution op Stanford University en Wageningen University, onderdeel van Wageningen UR, hebben ontdekt hoe cellen in stengels van kiemplantjes blauw licht gebruiken om naar het licht te groeien. Ze deden de ontdekking doordat ze bij eerder onderzoek naar de groei van cellen van kiemplantjes zagen dat de cellen in de stengels van kiemplantjes reageerden op het blauwe licht dat in de microscoop gebruikt werd. De onderzoekers vonden nu hoe het blauwe licht er voor zorgt dat er in de cellen kleine structuren, de microtubuli, haaks gaan groeien op hun normale groeirichting. Daardoor verandert ook de groeirichting van de plantjes en groeien ze naar het licht. De onderzoekers hebben het eiwit gevonden dat er voor zorgt dat de microtubuli haaks op hun normale richting kunnen gaan groeien. De resultaten zijn gepubliceerd in het wetenschappelijke tijdschrift Science.

Dat kiemplantjes naar het licht groeien weet zowat iedereen. Maar hoe komt dat? Over die vraag hebben zich al heel wat onderzoekers het hoofd gebroken. Bij eerder onderzoek keken de wetenschappers al ín de cellen van kiemplantjes. Met speciale microscopen, die gebruik maakten van blauw laserlicht, konden ze in de cellen structuren zichtbaar maken die heel belangrijk zijn voor de groeirichting van plantencellen: de microtubuli. Maar daarbij gebeurde iets vreemds: onder de microscoop veranderde binnen tien minuten de organisatie van de microtubuli totaal.

Door slim gebruik te maken van beeldanalysetechnieken konden de onderzoekers nu zichtbaar maken dat blauw licht er voor zorgt dat er binnen een paar minuten grote aantallen nieuwe microtubuli ontstaan die allemaal haaks staan op de richting van de bestaande microtubuli.

Daarnaast ontdekten de onderzoekers ook de manier waarop de cellen in kiemplantjes in deze situatie het licht waarnemen. Dat bleek het fototropine te zijn, één van de eiwitsoorten waarmee planten licht kunnen waarnemen.

Het ontstaan van grote aantallen microtubuli die haaks staan op de richting van de al aanwezige microtubuli, blijkt veroorzaakt te worden door het eiwit katanine. Kiemplanten die het katanine-eiwit missen, kunnen niet hun microtubuli van richting laten veranderen en zijn daardoor niet in staat om naar het licht toe te groeien. Katanine wordt door het fototropine aan het werk gezet. Katanine kan de nieuwe microtubuli door midden knippen op de plaats waar ze kruisen met microtubuli die in de normale groeirichting liggen. Door het knippen ontstaan er twee microtubuli die beide in de nieuwe richting groeien. Iedere keer dat nieuwe microtubuli andere microtubuli kruisen die in de oorspronkelijke richting liggen, kan katanine de nieuwe microtubuli knippen, waardoor er steeds nieuwe vertakkingen ontstaan. Op die manier ontwikkelen zich binnenin de cellen in een paar minuten tijd een soort ‘bomen’ van microtubuli die allemaal haaks liggen op de oude richting.

De groei en ontwikkeling van planten is sterk afhankelijk van de kwaliteit en hoeveelheid licht die ze waarnemen. Planten zijn afhankelijk van licht voor fotosynthese maar kunnen niet zelf bewegen. In plaats daarvan groeien ze naar het licht toe. Dit onderzoek laat zien dat het herorganiseren van microtubuli een essentiële rol heeft in dit proces.

Het onderzoek is mede mogelijk gemaakt door een NSF award, het Carnegie Institution for Science, de Stichting voor Fundamenteel Onderzoek der Materie (FOM), dat ondersteund wordt door de Nederlandse Organisatie voor Wetenschappelijk Onderzoek (NWO), het EU-NEST programma, een CASPIC award, de TOYOBO BIOFOUNDATION en het Human Frontier Science Program.

Bron: Wageningen University
Foto's: Wageningen University; Wikipedia