Potentie tot regeneratie
Sommige cellen hebben de mogelijkheid om alles te worden wat ze willen, ze zijn totipotent. Zoals de zygote de cel die ontstaat door het samensmelten van de mannelijke en vrouwelijke gameten. Maar van planten is bekend dat veel meer celsoorten zich tot een totipotente cel kunnen ontwikkelen. Dit is te zien in de mogelijkheden van bijvoorbeeld cellen in bladeren. Daaruit kunnen onder specifieke omstandigheden embryo’s ontwikkelen.
Voor lange tijd was de vraag of uit alle cellen embryo’s kunnen ontwikkelen, of alleen uit specifieke cellen. Nu laten een groep van internationale onderzoekers in het artikel “Time-resolved reprogramming of single somatic cells into totipotent states during plant regeneration” zien dat alleen specifieke cellen de mogelijkheid hebben om zich tot embryo’s te ontwikkelen.
Voor het onderzoek maakte de onderzoekers gebruik van een embryo-inducerende lijnen. Deze planten ontwikkelen embryo’s nadat onderzoekers het gen LEC2 inschakelen. Om erachter te komen of er specifieke cellen zijn waaruit de embryo’s zich ontwikkelen zoomde de onderzoekers in op de bladcellen. Zo zagen de onderzoekers dat de cellen die zich uiteindelijk tot embryo’s ontwikkelde, zich eerst in de breedte deelde, vervolgens deelde een van de twee dochtercellen zich asymmetrisch in drieën. Deze drie cellen ontwikkelen zich vervolgens tot een embryo.
Lokaal auxine maximum
De eerste vraag die de onderzoekers beantwoord wilde hebben was hoe. Welke genen en hormonen sturen dit? Om dit te beantwoorden bestudeerde de onderzoekers de aanwezigheid van het hormoon auxine. Door een auxine receptor gekoppeld aan een fluorescent eiwit te gebruiken, zagen de onderzoekers dat alleen in cellen net voordat die zich tot embryo’s ontwikkelen, er een grotere hoeveelheid auxine aanwezig is.
Ook gingen de onderzoekers na of gen betrokken bij de biosynthese van auxine (YUC) actief was. Activatie van LEC2 zorgde dat het gen voor auxine biosynthese alleen actief werd in cellen die zich vervolgens tot embryo’s ontwikkelde. Ook bestudeerde de onderzoekers wat er gebeurde in planten zonder YUC. Daar zagen ze dat ook al was LEC2 actief, er geen embryo’s groeide.
Vervolgens was de vraag welke cellen hebben de mogelijkheid om door LEC2 activatie totipotent te worden. Het was de onderzoekers opgevallen dat wanneer LEC2 actief was en er embryo’s ontwikkelde, er zich minder huidmondjes ontwikkeld. Daarom volgde de onderzoekers wat er gebeurde na LEC2 activatie met de cellen waaruit zich huidmondjes zich ontwikkelde. Hiervoor koppelde de onderzoekers marker genen voor elk van de tussen fasen aan een fluorescent eiwit.
Huidmondjes
Zo zagen de onderzoeker dat na activatie van LEC2 bladcellen die vroeg in de ontwikkeling tot huidmondje zaten op LEC2 reageerde en zich vervolgens ontwikkelde tot embryo’s. Terwijl bladcellen die al verder in de ontwikkeling tot huidmondjes zaten zich gewoon door ontwikkelde tot huidmondjes.
Ook bestudeerde de onderzoekers wat er gebeurde wanneer er meer van de vroege huidmondjes marker gen SPCH aanwezig was. Dit, zo zagen de onderzoekers zorgde ervoor dat zich niet allen embryo’s ontwikkelde op de bladeren, maar ook op de stengel en wortels. Maar alleen wanneer de plant daar ook auxine kon aanmaken, om een lokaal auxine gradiënt te creëren.
Als laatste gingen de onderzoekers na hoe LEC2 samen met SPCH de auxine biosynthese reguleert. Hierbij ontdekte dat LEC2 en SPCH samenwerken. Hierbij herkent LEC2 de activatie regio van auxine biosynthese genen, maar heeft het SPCH nodig om die ook daadwerkelijk te activeren. Is SPCH afwezig, dan dimt LEC2 zelfs de activiteit van auxine biosynthese genen.
Zo laten de onderzoekers zien dat alleen plantencellen die al een bepaalde mate van totipotentie hebben zich laten verleiden om tot embryo’s te ontwikkelen. In jonge bladeren zijn dit de cellen die voorbestemd zijn om huidmondjes te worden.
Literatuur
Tang et al., Time-resolved reprogramming of single somatic cells into totipotent states during plant regeneration, Cell (2025), https://doi.org/10.1016/j.cell.2025.08.031
Plant en Zo 