Planten hebben zuurstof nodig om te overleven en gaan dood als ze onder water komen te staan. Maar de zandraket, een stadsplantje met witte bloempjes, weet zich aan te passen bij een overstroming. Hoe, dat heeft een groep Utrechtse biologen nu ontrafeld.
Het blijkt dat gasvormig ethyleen, dat zich ophoopt in de plant tijdens een overstroming, verantwoordelijk is voor het succes van de zandraket. Dat ethyleen zet namelijk een moleculair mechanisme in gang in de plantcellen, waarna de plant met minder zuurstof toekan.
Meer wortels, meer blaadjes
Bioloog Sjon Hartman en collega’s simuleerde een overstroming in het laboratorium. Daartoe bliezen de onderzoekers vier uur lang ethyleengas in een klein afgesloten glazen kamertje over een rij zandraketten. Een andere rij planten van dezelfde soort werd enkel blootgesteld aan normale lucht. Na deze ‘voorbehandeling’ kregen beide groepen planten enkele uren lang lucht zonder zuurstof om de omstandigheden tijdens een overstroming na te bootsen.
De onderzoekers wilden weten hoe beide groepen planten zich vervolgens herstelden. Na drie tot zeven dagen keken ze hoe de wortels en de blaadjes van de planten het gebrek aan zuurstof hadden overleefd. De wortels van de plantjes die waren blootgesteld aan ethyleengas bleken beter terug te groeien dan die van de plantjes waar gewone lucht overheen was geblazen. Ook bleef er meer blad aan hangen.
Zuurstofstressgenen
Met behulp van gemuteerde planten die belangrijke eiwitten missen, kon de groep het moleculair mechanisme achter de aanpassing ontrafelen. Dat lijkt als volgt te werken: planten die onder water komen te staan, krijgen eerst te maken met minder zuurstof. Dat veroorzaakt een ophoping van het gas ethyleen. Dat ethyleen zorgt vervolgens voor een toename van phytoglobin1, een eiwit dat het stikstofoxidegehalte verlaagt.
De verlaging van het stikstofoxidegehalte leidt tot verminderde afbraak van het eiwit ERFVII, dat het ‘aanzetten’ en ‘uitzetten’ van genen regelt. De ophoping van ERFVII zet genen aan die ervoor zorgen dat cellen met minder zuurstof toekunnen.
Toekomstbestendige planten
Door klimaatverandering treden er meer overstromingen op, wat verwoestende effecten heeft op de landbouw. De studie van Hartman laat zien welke genen en eiwitten een rol spelen bij de aanpassingen van planten aan overstroming. Dat brengt biologen een stap dichter bij mogelijke bescherming van planten tegen overstromingsgevaar.
‘Nu we weten welke genen en eiwitten betrokken zijn bij het overleven van overstromingen, kunnen we deze ook terugbrengen in planten die dit vermogen zijn verloren. Of ervoor zorgen dat planten eerder in overlevingsmodus gaan’, zeggen biologen Rashmi Sasidharan en Rens Voesenek van de Universiteit Utrecht in een persbericht. ‘Daarmee kunnen we toekomstbestendige gewassen maken die beter zijn opgewassen tegen overstroming.’
De studie is gepubliceerd in het blad Nature Communications.