Extra bescherming
Om te voorkomen dat alles en iedereen zomaar binnen kan komen hebben plantenwortels een extra lignine laag om hun vaatbundels te beschermen. Maar veel planten hebben naast deze beschermende ring nog een barrière. Nu laten een groep van internationale onderzoekers in Nature Plants zien hoe de plant deze barrière reguleert.
Plantenwortels zijn opgebouwd uit meerdere cellagen. In het midden zitten de vaatbundels die voedingsstoffen en water transporteren naar de rest van de plant. De eerste laag daar omheen is de endodermis, gevolgd door een of meerder lagen van cortex cellen. Die zijn weer omringt door de exodermis en epidermis. Sommige planten, zoals de zandraket missen de exodermis laag.
Om te voorkomen dat alles zomaar de vaatbundels kan bereiken maken de endodermiscellen een beschermende laag, de zogenaamd casparian strip. Dit is een ring van gepolymeriseerde lignine die dwars door de empidermiscellen heen loopt. En schermt zo de vaatbundels van de buitenwereld af. Maar planten zoals de tomatenplant met een exodermis laag hebben nog een barrière. Hierover is minder bekend. Dat besloten de onderzoekers te veranderen.
Planten vormen de polar lignine cap onafhankelijk van de casparian strip
Als eerste bestudeerde ze waar in planten deze laag precies was. Door een kleuring te gebruiken die lignine kleurt zagen de onderzoekers dat de kant van exodermiscellen die aan epidermiscellen grenzen een extra dikke laag lignine hebben. In oudere exodermiscellen hadden ook de zijkanten van de exodermiscellen, grenzend aan andere exodermiscellen een extra dikke lignine laag. Maar de kant die aan de cortexcellen grenst blijft gevrijwaard van extra lignine. Deze barrière noemde de onderzoekers de polar lignine cap.
Vervolgens gingen de onderzoekers na welke genen bij de regulering van de polar lignine cap betrokken zijn. Als eerste bestudeerde de onderzoekers mutanten zonder casparian strip. Maar al deze mutanten hadden nog steeds een normale polar lignine cap.
Vervolgens bestudeerde de onderzoekers welke genen aanstaan in de exodermiscellen. Daarbij vielen twee genen op. De eerste was EXO1, een gen aanzetter. Planten die meer van deze gen aanzetter hebben hadden een dunnere polar lignine cap. Terwijl planten zonder EXO1 ook een dikke lignine laag vormde tussen de cortex en exodermiscellen.
Net als de casparian strip houdt ook de polar lignine cap stoffen tegen
Het tweede gen dat opviel was SCZ, een gen dat helpt om cortexcellen hun identiteit te geven. De wortels van planten zonder SCZ hebben net als de wortels van EXO1 loze planten ook een dikke lignine barrière tussen de cortex en exodermis cellen. Het lijkt er dus op dar EXO1 en SCZ in tomaten samen verantwoordelijk zijn voor de regulatie van de polar lignine cap.
Als laatste testte de onderzoekers hoe goed de polar lignine cap werkt. Hierbij analyseerde ze de opnamen van verschillende ionen in planten die of de casparian strip miste of de polar lignine cap miste. Beide barrières hielden ionen tegen. Maar de casparian strip net iets meer de polar lignine cap.
De ontdekking dat planten de polar lignine cap afzonderlijk van de casparian strip reguleren geeft mogelijkheden. Het suggereert dat het mogelijk is voor de plant om de polar lignine cap aan te passen aan hun omgeving.
Literatuur
Manzano, C., Morimoto, K.W., Shaar-Moshe, L. et al. Regulation and function of a polarly localized lignin barrier in the exodermis. Nat. Plants (2024). https://doi.org/10.1038/s41477-024-01864-z
Plant en Zo 