Stress reacties ontrafelen
Op het oog lijken de eerste reacties van een plant op veel soorten stress op elkaar. Toch krijgt elke stress soort een specifieke reactie. Nu laten Duitse onderzoekers in Nature met behulp van licht geschakelde calcium en anion kanalen zien dat het verschil hem in de kleinste details zit.
Voor onderzoek met dierlijke cellen gebruiken onderzoeker ze al een tijdje. Lichtgevoelige eiwitten die het mogelijk maken om een cel instructies te geven met licht signalen. Maar recentelijk zijn onderzoekers er ook achter hoe ze in te zetten in planten, zonder de groei van planten zelf te verstoren.
Voor het recent verschenen onderzoek gebruikte de onderzoekers twee lichtgevoelige kanalen. Het ene kanaal, XXM, laat bij groen licht calcium ionen de cel binnen. Het andere kanaal, ACR1, laat bij groen licht negatief ionen de cel uitgaan. En beide zorgen dat over het celmembraan een stroompje loopt.
Het effect die XXM en ARC1 hebben op de planten waar ze in zitten is totaal anders. Bij planten waarbij XXM aanstaat gaan de bladeren dood. Dit konden de onderzoekers onderdrukken door de plant een calciumionbindende stof te geven. Daarentegen gingen de bladeren slap hangen van planten waarbij ACR1 aanstaat, alsof ze te weinig water hadden. Schakelede de onderzoekers het groene licht uit dan herstelde de balderen van ARC1 bevattende planten zich weer.
Minieme verschillen in de reactie op stress resulteren in verschillende acties
Vervolgens maten de onderzoekers de hoeveelheid stress hormoon die de platen aanmaakten. Voor planten waarbij XXM aanstaat was er meer jasmijnzuur en salicylzuur aanwezig, beide hormonen zijn betrokken bij het aansturen van de verdediging tegen ziektemakers. Maar in planten waarbij ARC1 aanstaat maten de onderzoekers meer ABA, een hormoon dat de reactie op water tekort aanstuurt.
Als laatste analyseerde de onderzoekers welke genen aan of uitgaan na aanleiding van het aanschakelen van een van de twee lichtgevoelige kanalen. Dit bleken er een hele boel te zijn, Gedetailleerd uitpluizen bevestigde het beeld dat de onderzoekers van de eerdere analyses hadden gekregen: de combinatie van membraam stroompje en verhoogde calcium concentratie zet de reactie op ziektemakers in gang. Terwijl alleen een membraam stroompje een reactie op droogte aanzet.
Met dit onderzoek hebben de onderzoekers de eerste stap gezet in het ontrafelen van hoe de plant weet welke stress reactie aan te zetten. De allereerste reacties leken tot nu toe precies het zelfde te zijn, maar door het gebruik van twee licht gevoelige kanalen laten de onderzoekers zien dat ze toch minieme verschillen vertonen. In dit onderzoek gebruikte de onderzoekers nog een plant overkoepelend licht signaal. Maar in de toekomst zeggen de onderzoekers ook zal dit licht signaal meer gefocust zijn op enkele cellen om bijvoorbeeld lokale effecten te bestuderen.
Literatuur
Ding, M., Zhou, Y., Becker, D. et al. Probing plant signal processing optogenetically by two channelrhodopsins. Nature (2024). https://doi.org/10.1038/s41586-024-07884-1
Plant en Zo 