CO2 reguleert de opening van huidmondjes
Huidmondjes, de poriën aan de onderkant van het blad, laten CO2 voor fotosynthese naar binnen en waterdamp naar buiten. Regulering van de opening van deze poriën is dus van levensbelang voor de plant. Staan ze te lang open tijdens een warme droge dag dan verliest een plant veel water, maar als de poriën dicht zijn kan er geen fotosynthese plaatsvinden, en verhongerd de plant. Nu laten onderzoekers zien dat bij een toename aan CO2 in de atmosfeer planten dit niet aanpakken om meer energie vast te leggen, maar om water te besparen.
Het sluiten en openen van de huidmondjes gaat gepaard met een toename of afname van de interne druk in de huidmondjescellen. Dit regelen de cellen door kaliumionen naar binnen of naar buiten te pompen. Dit zorgt ervoor dat osmose, het verplaatsen van water van een kant van het membraan naar de andere kant van het membraan om de ion concentratie – in dit geval kaliumionen – aan beide kanten zo gelijk mogelijk te houden, in gang komt. Extra water in de huidmondjescellen zorgt ervoor dat deze zich uitzetten en daardoor sluiten. Minder water heeft het tegenover gestelde effect.
Minder kaliumpompen
Door aan de kaliumpompen een fluorescerend vlaggetje te hangen zagen de onderzoekers dat bij een toename aan CO2 er minder KAT1 kaliumpompen in het membraan aanwezig waren. Om te kijken of de cel de kaliumpompen actief verwijderde schakelde de onderzoekers het vlaggetje lokaal uit. Onder normale CO2 omstandigheden kwam er geen nieuw signaal, maar bij een toename aan CO2 kwam er al snel weer een nieuw signaal. De enige manier waarop er zo snel een nieuw signaal kan komen is door er een kaliumpomp met een actief vlaggetje in te zetten.
Het weghalen en weer terugplaatsen van eiwitten in het membraan doet de cel met behulp van het SNARE-systeem. Hierbij vormen de eiwitten van het SNARE-systeem een blaasje van het membraan rondom het eiwit dat ze willen weghalen. Ook kan het SNARE -systeem membraanblaasjes in het celmembraan plaatsen.
SYP121 is een van de eiwitten van het SNARE-systeem dat de eiwitten herkent die de cel uit het membraan wil weghalen. De onderzoekers gingen na of SYP121 ook KAT1 herkent bij een toename van CO2. In planten zonder SYP121 bleef de kaliumpomp KAT1 ook bij een toename van CO2 in het celmembraan zitten.
Efficiënt watergebruik
De onderzoekers verwachte dat dit kwam omdat bij een toename van CO2 er meer SYP121 aan KAT1 bindt. Maar toen ze dat checkte bleek het tegenovergestelde het geval te zijn. Dit suggereert dat niet het binden van SYP121 aan KAT1, maar het niet binden van SYP121 aan KAT1, KAT1 markeert voor het weghalen door het SNARE-systeem.
Als laatste gingen de onderzoekers na wat voor effect dit weghalen van de kaliumpomp bij toename van CO2 heeft op de huidmondjes en de groei van de plant. Planten zonder SYP121, die dus niet hun kaliumpompen konden aanpassen aan de hoeveelheid CO2, bleken minder goed te groeien wanneer er meer CO2 aanwezig was. Ook sloten en opende deze planten hun huidmondjes langzamer dan planten waar SYP121 wel aanwezig was. Daarnaast gingen SYP121 loze planten minder efficiënt met water om.
Al met al laat deze studie dus zien dat de huidmondjes in planten reageren op de hoeveelheid CO2 in de lucht. Niet zo zeer om de hoeveelheid CO2 die ze opnemen te verhogen, maar om de hoeveelheid water dat ze uitstoten te verminderen.
Literatuur
Yu, Z., Waghmare, S., Farami, S., Blatt, M.R., and Karnik, R. (2026). CO2-sensitive K+ channel traffic affects stomata and whole-plant water use. J. Integr. Plant Biol.00: 1–18. https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/jipb.70269
Plant en Zo 