Nieuws
Cruciaal planteneiwit ontstond vóór eerste plant
Wageningse onderzoekers hebben ontdekt dat een cruciaal planteneiwit meer dan 600 miljoen jaar geleden is ontstaan, nog voordat de eerste plant leefde. Ze traceerden de oorsprong terug naar een evolutionaire gebeurtenis in een verre, eencellige voorouder waarin genetisch materiaal gehusseld werd. Zo ontstond de Auxin Response Factor (ARF), een eiwit dat tot op de dag van vandaag een sleutelrol speelt in de groei en ontwikkeling van planten en bomen. De onderzoekers publiceerden de resultaten in het wetenschappelijke tijdschrift Nature Communications.
Zet een plant op de vensterbank en hij groeit langzaam richting het raam, naar de zon. Zelfs zonder ogen ‘ziet’ de plant waar het licht vandaan komt. Ook ondergronds zoeken wortels naar water en groeien ze die kant op. Die gerichte groei, net als veel andere groeiprocessen van de plant, wordt geregeld door het plantenhormoon auxine. Het ARF-eiwit reageert op dat hormoon en schakelt vervolgens genen in de plant aan of uit om zo groeiprocessen te sturen. De Wageningse post-doc onderzoeker Jorge Hernández-García bestudeert hoe zo’n geavanceerd, op elkaar afgesteld systeem ooit ontstond. “Ergens in de evolutie moeten plantencellen een manier hebben ontwikkeld om plantenhormonen te herkennen en erop te reageren.”
Menselijk eiwit in planten
Aanwijzingen voor de oorsprong van het ARF-eiwit vond de promovendus in de groene alg Chlorokybus melkonianii, een soort verre achternicht van de planten die we nu op het land tegenkomen. Zijn onderzoek laat zien dat het eiwit in de voorouder ontstond door een samensmelting van twee eiwitfragmenten: een chromatinefactor en een transcriptiefactor. Beide hadden oorspronkelijk niets met het plantenhormoon auxine te maken. “Het bijzondere is dat die samensmelting leidde tot een volledig nieuw eiwit dat een centrale rol ging spelen in de auxine-signaleringsroute,” vertelt Dolf Weijers, hoogleraar Biochemie. De chromatinefactor maakt samenwerking tussen ARF-eiwitten mogelijk, terwijl de transcriptiefactor het eiwit laat binden aan DNA om genen te sturen.
Opvallend is dat de chromatinefactor in het cruciale planteneiwit niet alleen in planten voorkomt, maar ook in mensen, dieren en schimmels. Hoewel biologen het planteneiwit al meer dan twintig jaar bestuderen, hebben ze dat al die tijd over het hoofd gezien. Niet gek dus dat de post-doc voorzichtig was toen hij de resultaten aan Weijers liet zien. “Bij zo’n bijzondere uitkomst denk je in eerste instantie dat het niet kan kloppen, maar we kregen steeds dezelfde resultaten, dus het moest wel juist zijn”, vertelt Hernández-García. Wat de chromatinefactor normaal gesproken doet, weten onderzoekers nog niet precies, maar in het ARF-eiwit kreeg het in ieder geval een nieuwe rol.
De evolutie van ARF leidde uiteindelijk tot twee klassen van het eiwit: een die genen activeert in aanwezigheid van auxine en een die genen onderdrukt. “Deze competitieve interactie is essentieel voor de verfijnde manier waarop planten hun groei reguleren,” aldus Hernández-García. Het onderzoek onthult ook dat sommige eigenschappen van ARF, zoals de mogelijkheid om DNA te binden, al vanaf het allereerste begin aanwezig waren, terwijl andere functies, zoals genen activeren, later in de evolutie zijn ontstaan.
Nieuwe data, oude genen
De wetenschappers konden de oorsprong en evolutie van het ARF-eiwit reconstrueren dankzij de beschikbaarheid van nieuwe genoomdata. “De laatste tien jaar is duidelijk geworden dat we kerneigenschappen van planten beter kunnen bestuderen in simpelere planten,” zegt Weijers. Daarmee doelt hij op mossen, varens en zelfs hun voorouders in het water: eencellige, groene algen. Die ‘oerplant’ lijkt qua cellulaire processen en genetisch materiaal op planten, maar zijn een stuk eenvoudiger om te bestuderen.
In de afgelopen jaren hebben wetenschappers het DNA van steeds meer planten en oerplanten zoals groene algen afgelezen. Dat maakt een hoop nieuwe studies mogelijk waardoor biologen de processen en genen van planten fundamenteel beter begrijpen. “Ik verwacht dat genoomdata van groene algen nog veel meer antwoorden bevatten op fundamentele vragen over de biologie van planten”, aldus Weijers.