Onderzoekers hebben ontdekt welk seintje ervoor zorgt dat de fotosynthese-fabriekjes in een jonge plant op gang komen. Door de productie van zuurstof is fotosynthese een van de belangrijkste processen voor het leven op aarde.
Een plant die onder de grond of in het donker kiemt, gebruikt voedingsstoffen in het zaadje om te groeien. Het voornaamste doel van de jonge plant – ook wel zaailing – is om zo snel mogelijk te groeien, totdat die boven de grond komt. Dan remt de zaailing zijn groei en gaat die over op fotosynthese als energiebron. Fotosynthese zet CO2 en water om in suiker en zuurstof. Uit de suikers haalt de plant vervolgens zijn energie.
‘Ik probeer robots te ontwikkelen die ook echt een nieuwe stap maken’
Hoe werkt vliegen? Dat lijkt een simpele vraag, maar voor luchtvaarttechnicus en bioloog David Lentink is het een levenslange zoektocht.
Licht dat op de plant valt, zorgt ervoor dat een signaal vanuit de celkern naar de proplastiden gaat. Dit is een onderdeel van de cel dat zich dankzij het signaal ontwikkelt tot chloroplast. Chloroplasten zijn de celfabriekjes waarbinnen fotosynthese plaatsvindt. Bovendien maken chloroplasten het pigment chlorofyl, waaraan de plant zijn groene kleur dankt. Plantjes die geen chloroplasten hebben gevormd, zijn wit.
Speld in hooiberg
Onderzoekers zijn al langer op zoek naar het gen of de genen die deze overgang naar fotosynthese doen plaatsvinden. Een beter begrip hiervan kan er in de toekomst voor zorgen dat er meer fotosynthese plaatsvindt in een plant, bijvoorbeeld door de hoeveelheid chloroplasten te verhogen. Dit kan de gewasopbrengst verhogen. Maar met 25.000 mogelijke kandidaten is het zoeken naar een speld in een hooiberg.
Om het zoeken wat makkelijker te maken, redeneerden onderzoekers van de Universiteit van Californië – Riverside dat ze moesten zoeken naar een gen dat het groen worden én het groeien van de plant reguleert. Zo’n gen is betrokken bij zowel het waarnemen van licht als het vertalen van die waarneming naar het remmen van de groei en het vormen van chloroplasten.
Mutantplant
De wetenschappers stelden de zaadjes van de plant Arabidopsis – ook wel zandraket – bloot aan chemicaliën die ervoor zorgen dat er fouten in het DNA ontstaan. Zo ontkiemden er planten die zowel wit als lang waren. De proplastiden van die planten hadden vanuit de celkern niet het signaal gekregen om chloroplasten te vormen. Daardoor konden ze geen fotosynthese uitvoeren en hadden een andere groeistrategie dan de gewone plant.
Door het DNA van de normale plant te vergelijken met dat van de witte, lange mutant identificeerden de wetenschappers twee genen die tussen beide planten verschilden. Deze genen zijn mogelijk verantwoordelijk voor het ‘word groen’-signaal vanuit de celkern.
Lang en wit
De twee gevonden genen kregen de namen RCB en NCP. Vervolgens kleurden onderzoekers de eiwitten die de genen voorschrijven. Met een microscoop konden ze daardoor zien waar in de cel de eiwitten zich precies bevonden. Beide eiwitten bleken zowel in de celkern als in de chloroplasten voor te komen.
Daaruit concluderen de onderzoekers dat deze eiwitten een belangrijke rol spelen in het doorgeven van het signaal dat een plant kan starten met fotosynthese.
Maar op welke manier nu precies het signaal van deze genen uiteindelijk bij de proplastiden komt, is nog onduidelijk, zegt Charlotte Gommers, universitair docent plantenfysiologie aan de universiteit van Wageningen. ‘Het onderzoek heeft belangrijke spelers gevonden die een effect hebben op de chloroplastontwikkeling. Het onderzoek geeft wel duidelijke aanknopingspunten voor de signaleringsroute, maar het is zeker iets wat nog meer onderzoek nodig heeft.’