Zure wortels
Al groeiend banen de wortels van een plant een weg door de grond. Deze groei is een gevolg van zowel celdeling als uitstrekking van wortel cellen. Iets wat onderzoekers al jaren fascineert, want hoe reguleert de plant deze groei nu precies. Een van de factoren in dit proces is de veranderende zuurgraad. Nu hebben Tsjechische en Duitse onderzoekers ontdekt hoe auxine ophoping de zuurgraad plaatselijk verhoogd.
Grofweg kan je een wortel in 5 zones opdelen. Helemaal aan het puntje zit de wortelmuts. Deze beschermt de groeikern tegen obstakels die de groeiende wortel tegen komt. Daarna volgt de groei-zone. Hier bevinden zich de groeikern en de delende cellen. Dit gaat via een overgangszone over in de uitstrekkingszone, waar zoals de naam suggereert de cellen zich uitstrekken. Hierna komt de ontwikkelingszone, waar de cellen zich specialiseren. Doordat de cellen met elkaar verbonden zijn schuift na elke celdeling in de groeizone alle cellen een stukje op richting de ontwikkelingszone.
Om te onderzoeken hoe de plant de zuurgraad van de celwanden reguleert en zo wortelgroei beïnvloed, gebruikte de onderzoekers een nieuwe kleurstof die de celwand zuurtegraad zichtbaar maakte. Deze kleurstof liet zien dat de celwanden van de wortelmuts en de ontwikkelingszone zuurder zijn dan die van de overgangszone. Dit bleek bij nader inzien niet zoals verwacht het resultaat te zijn van een verminderde aanwezigheid of werking van de AHA-protonen pompen.
CNGC14 lijkt dus de protonen-pomp te zijn die aangestuurd door AFB1 de zuurgraad beïnvloed
De vraag was dan ook, wat reguleert de zuurtegraad dan wel? Om dat te beantwoorden bestudeerde de onderzoekers het effect van een andere zuurtegraad beïnvloeder: auxine. Gaven de onderzoekers de wortel extra auxine dan nam de lengte van de overgangszone toe, en de zuurgraad en de wortelgroei af. Suggererend dat onder normale omstandigheden dat auxine ophoopt in de overgangszone. Om er zeker van te zijn dat de afnemende zuurgraad inderdaad een gevolg is van de toegenomen ophoping van auxine bestudeerde de onderzoekers de wortel zuurgraad in een plant met cellen die geen auxine kunnen opnemen. Hier zagen ze de onderzoekers dat de zuurgraad laag was en nauwelijks veranderde over de lengte van de wortel.
Om te ontdekken welk eiwit de ophoping van auxine omzet in een lagere zuurgraad analyseerde de onderzoekers het effect van verschillende auxine receptoren. Hierbij viel op dat planten zonder auxine receptor AFB1 geen hogere zuurgraad hadden in hun overgangszone. Ook ontdekte de onderzoekers dat de overgangszone van planten zonder het calcium-kanaal eiwit CNGC14 ook geen hogere zuurgraad hadden. CNGC14 lijkt dus de protonen-pomp te zijn die aangestuurd door AFB1 de zuurgraad beïnvloed. Daarnaast bleken AFB1-loze en CNGC14-loze planten meer moeite te hebben om zich een weg door de aarde te vinden.
Cellen in de overgangszone, die zich klaarmaken om zich uit te strekken, hebben dus een lagere zuurgraad. Dit komt doordat auxine hier ophoopt en doordat AFB1 die ophoping opmerkt en die via een nog onbekende weg aan CNGC14 doorgeeft. Waarna CNGC14 de zuurgraad van de overgangszone verlaagd. De lagere zuurgraad voorkomt niet alleen dat de cellen zich te vroeg uitrekken. Maar zorgt er ook voor dat er zich een zuurgraad gradiënt vormt tussen de overgangszone en de uitstrekkingszone. En het lijkt erop dat juist dit gradiënt de celwanden versoepeld zodat de cellen zich kunnen uitstrekken.
Literatuur
Nelson BC Serre, Daša Wernerová, Pruthvi Vittal, Shiv Mani Dubey, Eva Medvecká, Adriana Jelínková, Jan Petrášek, Guido Grossmann, and Matyáš Fendrych (2023) The AUX1-AFB1-CNGC14 module establishes a longitudinal root surface pH profile. eLife 12:e85193. https://doi.org/10.7554/eLife.85193
Plant en Zo 