Buigen door zwaartekracht
De wortels en stengels van een plant die op z’n zij ligt groeien al snel weer naar beneden en boven. De plant heeft de verandering van de richting vanwaar de zwaartekracht komt waargenomen en zo doende z’n groei aangepast. Maar how planten deze tijdelijke aanpassing reguleren is niet helemaal bekend. Nu laten een groep van internationale onderzoekers zien dat een deel van het antwoord het tijdelijke aanzetten van de auxine response factor ARF19 betreft.
Plantenwortels groeien in het algemeen naar beneden. Maar soms moeten ze hun richting aanpassen, zoals wanneer ze een steen tegenkomen. Dan, en in de gevallen onderzoeker planten op hun zij leggen, nemen planten een verandering in zwaartekracht waar. Planten reageren op deze nieuwe realiteit, en al snel buigen hun wortels en groeien ze weer naar beneden.
Voordat we in kunnen gaan op hoe planten dit voor elkaar krijgen, eerst wat basiskennis over wortelgroei. Wortels groeien vanuit hun groeicentra in de tip van de wortel. Vanuit daar voegt de plant smalle nieuwgevormde compacte cellen toe. Ook heeft de plant daar z’n maximum van het plantenhormoon auxine, welke vanuit de tip van de wortel terug omhoog vloeit, maar dan wel in geleidelijk afnemende hoeveelheid. Dit laatste is belangrijk, omdat hoge auxine levels voorkomt dat de nieuwgevormde cellen zichzelf te snel uitrekken. Dus wanneer het auxine niveau laag genoeg is beginnen de cellen zich uit te rekken.
Reageren op meer auxine
Nu wanneer wortels een verandering in zwaartekracht waarnemen, dan passen ze de auxine stroom terug omhoog de wortel in aan. Dit doen ze op zo’n manier dat de cellen aan de kant van de wortel die lager ligt meer auxine terug omhoog vloeit dan aan de andere kant van de wortel. Dit resulteert in twee dingen. Ten eerste stoppen de cellen aan de lage kant van de wortel met het uitstrekken van zichzelf. Ten tweede strekken de cellen aan de bovenzijde van de wortel zich juist meer uit. Samen zorgt dit ervoor dat de wortel buigt.
Nu vroegen de onderzoekers zich af wat er gebeurt tussen het waarnemen van meer auxine en het stoppen van het uitrekken. Eerdere studies hadden aangetoond dat twee auxine response factoren ARF7 en ARF9 hiervoor nodig zijn. Onder normale omstandigheden wordt de activiteit van ARF eiwitten onderdrukt door zo genoemde Aux/AAI eiwitten. Maar die worden afgebroken wanneer auxine levels toenemen, wat ARFs de mogelijkheid geeft om hun werk van genen activeren te doen. In het geval van het reageren op een verandering in zwaartekracht is dit het activeren van genen die het uitstrekken van cellen reguleren.
Dit wetende zou je verwachten dat ARF genen altijd actief zijn in de celtypes waarin ze hun werk doen, zodat na het toenemen van auxine ze direct aan de slag kunnen. Maar wat de onderzoekers vonden toen ze naar de activiteit van ARF genen keken nadat ze de plant op hun zij hadden gelegd was dat dit ARF19 juist activeerde. Deze activering correspondeerde direct met de toegenomen auxine levels in de lage kant van de wortel.
Tijdelijk actief
Om uit te vinden waarvoor ARF7 dan nodig voor is, verkende de onderzoekers verschillende scenario’s met behulp van een model. Een daarvan die het best paste met de observaties was die waar in ARF7 het ARF19 gen activeert, maar ARF19 niet z’n eigen gen. Om te bevestigen dat dit inderdaad is wat er gebeurt keken de onderzoekers of ARF7 en ARG19 aan de promoter van ARF19 konden binden (dit is hoe ARF eiwitten in het algemeen genen activeren). Hierbij vonden ze dat ARF7 inderdaad aan de promotor van ARF19 kon binden, terwijl ARF19 dat niet kon.
Toen was er nog een afwijking. Alhoewel het ARF19 gen ARF7 nodig heeft voor expressie reageren de planten in afwezigheid van ARF7 nog steeds op de zwaartekracht. Daarop doken de onderzoekers in de literatuur en vonden dat ARF6 en ARF8 vaak betrokken zijn bij reactie op auxine in de wortel. Daarom gingen ze na of deze eiwitten ook aan de promoter regio van ARF19 konden binden. Hierbij vonden ze dat ARF6 dit niet kon, maar ARF8 wel. Wat verklaard hoe er nog een reactie op de zwaartekracht kon zijn in de afwezigheid van ARF7.
Dus na het waarnemen van een verandering in de richting waarvan de zwaartekracht komt passen planten hun auxine stroom terug omhoog de wortel in aan. Dit op hun beurt betekend voor de lagergelegen wortelcellen meer auxine en de activatie van het ARF19 gen door ARF7 en ARF8. Wat op zijn beurt weer resulteert in de activatie van de genen die betrokken zijn in het voorkomen dat de cellen zich uitstrekken. Aan de andere kant van de wortel gebeurt het tegen over gestelde, samen resulteert dit in het buigen van de wortel. Omdat het ARF19 gen maar tijdelijk actief is geeft dit de plant de mogelijkheid on daarna snel naar de normale situatie terug te keren.
Literatuur
Erfan Ghafouri et al., ARF19 acts as a transient auxin response enhancer during root gravitropism. Cell Reports, 2026, 45 (6) 117555, https://www.cell.com/cell-reports/fulltext/S2211-1247(26)00633-9
Plant en Zo 