Een zuurstofarme niche creëren
Alhoewel planten, net als wij, zuurstof nodig hebben is hun groeicenter, daar waar de bladeren en stengels uitkomen, verassend genoeg zuurstofarm. Daar is vier tot zes keer minder zuurstof dan in de lucht buiten de plant. Wetenschappers geloven dat dit nodig is voor het functioneren van de groeicenter. Maar tot nu toe was het onbekend hoe planten deze zuurstofarme omgeving creëren en behouden. Nu laat een groep van internationale onderzoekers in Molecular Plant zien hoe planten dit doen.
De groeicenters van de plant zijn verantwoordelijk voor de productie van alle nieuwe organen, zoals de bladeren en de stengels, van de plant. De shoot apical meristem is de groeicenter dat nieuwe bladeren en stengels groeit, het doet dit met behulp van een kleine groep stamcellen. Een van de eigenschappen van dit groeicenter is dat deze zuurstofarm is. En alhoewel onderzoekers wel een idee hebben waarom dit zo is, dit testen zonder te weten hoe een plant zo’n zuurstofarme omgeving creëert is lastig. Daarom besloten de onderzoekers om dat uit te vinden.
Nadat ze voor tomaat en de zandraket hadden bevestigd dat hun groeicenter inderdaad een zuurstofarme omgeving is, bestudeerde de onderzoekers met röntgenstraling hoe de cellen in deze omgeving opeengepakt zitten. In tegenstelling tot de luchtige en losjes geplaatste bladcellen, zitten de cellen van het groeicenter dicht opeengepakt. Dit beperkt de beweging van lucht, inclusief dat van zuurstof.
Een fysieke barrière
Maar hoe opeengepakt de cellen zaten was niet het enige waar de onderzoekers naar keken. Ze keken ook naar een tweede fysieke barrière die de voorkomt dat zuurstof een weg naar binnen vindt. Deze barrière waar ze naar keken was de cuticle, een waslaag aan de buitenkant van de plant. Na gecheckt te hebben dat de groeicenter inderdaad een waslaag heeft, probeerde de onderzoekers deze laag te verwijderen met behulp van mutanten die of minder was moleculen produceerden of die juist sneller afbraken.
Dit bleek minder simpel dan in eerste instantie gedacht. Maar uiteindelijke zagen de onderzoekers dat in afwezigheid van deze waslaag, ook al was het maar gedeeltelijk, dat er meer zuurstof in de groeicenter aanwezig was. Al was het binnenste van de groeicenter nog steeds zuurstofarm.
Nu hadden de onderzoekers gevonden hoe de plant ervoor zorgt dat er geen zuurstof binnenkomt, het volgende waarna ze keken hoe planten deze niche behouden. Hiervoor keken de onderzoekers naar het zuurstof gebruik. De mitochondriën van de plant gebruiken, net als hun menselijke versies, zuurstof voor de productie van energie uit glucose. Toen de onderzoekers de mitochondriën in de groeicenter stopte zagen ze daar de hoeveelheid zuurstof toenemen. Al bleef die nog steeds veel lager dan buiten de groeicenters.
Niks gemist
Om dit te bevestigde in een meer natuurlijke situatie keken de onderzoekers naar de hoeveelheid zuurstof in de groeicenter gedurende van nature voorkomende honger situaties, zoals aan het eind van de nacht wanneer mitochondriën dus minder te doen hebben. Dit liet zien dat bij zonsopkomst het zuurstof niveau hoger was dan later op de dag.
Nu ze dit alles hadden gevonden vroegen de onderzoekers zich af of ze iets hadden gemist. Ideaal gezien hadden ze een plant gecreëerd die de was laag miste, met inactieve mitochondriën, en een minder dicht op elkaar gepakte cellen in de groeicenter. Maar dit was niet mogelijk. Dus gingen ze voor de tweede optie. Ze stopten alle verkregen gegevens in een model en vroegen die of ze iets gemist hadden. De uitkomsten van het model kwamen overeen met wat de onderzoekers waarnamen, wat suggereerde dat er geen extra factoren bijdroegen aan het creëren en behouden van de zuurstofarme omgeving.
Nu onderzoekers hebben gevonden hoe planten een zuurstofarme niche creëren en behouden kunnen ze beginnen met uitzoeken waarom een zuurstofarme niche nodig is. Is het zoals ze denken om de afbraak van essentiële eiwitten te voorkomen, of zijn er nog andere reden? Daarnaast, kan het onderzoekers manieren geven om de grote van de groeicenter te beïnvloeden en daarmee de grote en de vorm van de plant. Ook kan het inzichten geven in hoe planten beter resistent tegen overstromingen te maken.
Literatuur
Voloboeva V., Dequeker B., Van Doorselaer L., Panicucci G., Perata P.,Verboven P., Nicolai B., and Weits D.A. (2026). The hypoxic niche enclosing the shoot apical meristem is shaped by a combination of morphological features and metabolic activity. Molecular Plant doi: https://doi.org/10.1016/j.molp.2026.02.011
Plant en Zo 