Rekenende planten

---

Rekenende planten

Planten zijn cool. Op zich is alleen al het omzetten van zonlicht in suiker al reden genoeg hiervoor. Maar planten kunnen zo veel meer dan dat. Een eigenschap van planten die ik echt verbazingwekkend vind is hun vermogen om de snelheid van de omzetting van zetmeel aan te passen.

Van al het zonlicht dat planten omzetten in suiker bewaren planten de helft als zetmeel. Dit zetmeel zetten planten s’ nachts weer om in suikers om te kunnen gebruiken als energie. Dit omzetten van zetmeel gebeurt zo dat gedurende de nacht ongeveer evenveel suiker beschikbaar komt. En de snelheid waarmee dit gebeurt hangt af van de hoeveelheid zetmeel dat beschikbaar is, en van de lengte van de nacht. Is de nacht langer dan gaat de snelheid omlaag, is er meer zetmeel beschikbaar, dan verhoogd de snelheid waarmee suiker vrijkomt. Planten kunnen dus berekenen hoe snel ze s’ nachts zetmeel moeten omzetten in suiker.

Om aan te geven hoe verbazingwekkend dit is, beeld eens in dat je een voorraad over een aantal dagen moet verdelen zodat iedere dag evenveel beschikbaar is. Je moet dus weten hoe groot de voorraad is, en hoeveel dagen je met de voorraad moet doen. Wij mensen kunnen de getallen door elkaar delen, en de uitkomst daarvan opschrijven als geheugensteuntje om te weten hoeveel we elke dag van de voorraad mogen gebruiken. Planten, en meer specifiek plantencellen kunnen dat niet, ten minsten niet zoals wij mensen dat doen. Die hebben dus een andere manier om dit te berekenen.

Onderzoekers uit Engeland zoeken uit hoe de plant dit doet. Een eerste aanwijzing vonden ze in planten die het eiwit ESV1 missen. Deze planten hebben moeite om een zetmeel voorraad aan te leggen, omdat ze gevormde zetmeel makkelijk weer afbreken. Zelfs overdag, wanneer suiker volop aanwezig is zetten deze ESV1 missende planten zetmeel om in suiker. Het zetmeel in deze planten blijkt toegankelijker te zijn opgeborgen, de zetmeel afbrekende enzymen kunnen er dus makkelijker bij. Toegankelijkheid beperken, door zetmeel ontoegankelijker te maken voor afbreekenzymen is dus een vereiste voor het gelijkmatig omzetten van zetmeel in suiker.

Onlangs hebben de onderzoekers een tweede aanwijzing gevonden. Dit keer aan de hand van een mutatie in het enzym bèta-amylase 1. Bèta-amylase 1 is een van de enzymen die zetmeel omzet in suiker. Het interessante aan de gevonden mutatie in bèta-amylase 1 is dat deze niks aan de activiteit van het enzym zelf veranderd. De snelheid van zetmeel in suiker omzetten is nog even groot. Toch gaan planten met de gevonden mutatie sneller door hun zetmeel voorraad heen.

De onderzoekers denken dat het komt omdat er iets veranderd is aan de samenwerking tussen bèta-amylase 1 en LSF1, een eiwit dat enzymen helpt zetmeel te vinden. Wanneer bèta-amylase de gevonden mutatie heeft lijkt deze samenwerking ervoor te zorgen dat zetmeel beter vindbaar of toegankelijk is. Dit blijkt vooral omdat wanneer de gemuteerde bèta-amylase aanwezig is maar LSF1 afwezig planten hun voorraad zetmeel s’ nachts wel gelijkmatig omzetten. Ook bij afwezigheid van bèta-amylase 1 is de zetmeel omzetting in suikers normaal. Dit suggereert dat de samenwerking tussen bèta-amylase 1 en LSF1 de toegang tot zetmeel reguleert.

Hoe de samenwerking tussen bèta-amylase 1 en LSF1 precies gaat weten de onderzoekers nog niet. Het is dus ook nog niet bekend wat er precies veranderd aan die samenwerking wanneer de gevonden mutatie aanwezig in bèta-amylase 1 aanwezig is. Wel brengt deze ontdekking de onderzoekers een stapje dichter bij het antwoord op de vraag hoe planten de snelheid van het omzetten van zetmeel in suiker aanpassen aan de omstandigheden. Maar ook zonder te weten hoe, blijft het verbazingwekkend dat planten kunnen rekenen.

Literatuur

Doreen Feike, Marilyn Pike, Libero Gurrieri, Alexander Graf, Alison M Smith (2022) A dominant mutation in β-AMYLASE1 disrupts nighttime control of starch degradation in Arabidopsis leaves. Plant Physiology, Volume 188, Issue 4, Pages 1979–1992, https://doi.org/10.1093/plphys/kiab603

Doreen Feike, David Seung, Alexander Graf, Sylvain Bischof, Tamaryn Ellick, Mario Coiro, Sebastian Soyk, Simona Eicke, Tabea Mettler-Altmann, Kuan Jen Lu, Martin Trick, Samuel C. Zeeman, Alison M. Smith (2016) The Starch Granule-Associated Protein EARLY STARVATION1 Is Required for the Control of Starch Degradation in Arabidopsis thaliana Leaves. The Plant Cell, Volume 28, Issue 6, Pages 1472–1489, https://doi.org/10.1105/tpc.16.00011

Antonio Scialdone, Sam T Mugford, Doreen Feike, Alastair Skeffington, Philippa Borrill, Alexander Graf, Alison M Smith, Martin Howard. (2013) Arabidopsis plants perform arithmetic division to prevent starvation at night. eLife 2:e00669 doi: 10.7554/eLife.00669