Planten herbergen oeroud, razendsnel reactievermogen

Tijdens de lockdown herontdekten mensen massaal retropraktijken, zoals zelf brood bakken, wecken en planten stekken, zij het met moderne hulpmiddelen. Voor planten die moeilijk wortel schieten, bestaat er tegenwoordig bijvoorbeeld stekpoeder. Een snufje ervan op het snijvlak bevordert de wortelontwikkeling. Het geheime ingrediënt? Het hormoon auxine dat van nature in planten voorkomt. Dat stofje vrijwel alle processen rondom groei en ontwikkeling in planten, inclusief de wortelgroei.

Bouwstenen aanpassen

Zelfs binnen enkele seconden na contact met het plantenhormoon auxine, zoals in stekpoeder zit, ondergaan planten veranderingen op moleculair niveau. Dat ontdekte André Kuhn, onderzoeker bij de leerstoelgroep Biochemie. Hoogleraar Dolf Weijers vertelt: “Die snelle reacties zijn niet toe te schrijven aan veranderende genetische activiteit, zoals bij alle tot nu toe bestudeerde groeiprocessen het geval is”. Uit de studie blijkt dat het plantenhormoon planten aanzet om eerder geproduceerde eiwitten aan te passen, een proces dat aanzienlijk sneller verloopt dan het traditionele DNA-afleesproces, dat zeker tien minuten duurt. “Dat gebeurt op enorme schaal”, vertelt Weijers. “Binnen tien minuten past de cel vijf procent van al zijn eiwitten aan.”

De aanpassing betreft de toevoeging van een klein molecuul met een negatieve lading, een fosfaatgroep. Het is een ogenschijnlijke subtiele verandering, maar zo’n markering heeft wel degelijk effect. “Het kan een eiwit activeren of juist naar de prullenbak van de cel sturen, of de interactie tussen twee eiwitten veranderen”, somt Weijers op. Omdat eiwitten de basis van leven zijn, verandert dat de werking van de cel en dus van de plant. Het principe is vergelijkbaar met een legohuis waarvan je bouwstenen aanpast. Gooi je een deel weg, plak je willekeurige blokjes aan elkaar of klik je andere juist los, zal het huis er anders uitzien.

Miljoenen jaren oud

De onderzoekers ontdekten dat het supersnelle reactievermogen niet alleen in landplanten voorkomt, maar ook in algen. “Algen en planten delen een gezamenlijke, eencellige voorouder die zo’n 700 miljoen jaar geleden leefde”, licht Weijers toe. Dat betekent dat het snelle reactiesysteem waarschijnlijk ook in die voorouder aanwezig was en dus al bestond lang voordat dinosaurussen op aarde rondliepen – en sindsdien behouden gebleven is in de evolutie. Bijzonder, aangezien die eencellige voorouder, in tegenstelling tot planten, geen auxine produceerde. Maar het hormoon was wel aanwezig in de natuur; ongeveer de helft van de bacteriën produceert dat stofje. “Misschien gebruikte de voorouder van planten en algen het mechanisme om dergelijke stofjes te detecteren en snel te reageren op bacteriën in de omgeving”, speculeert de hoogleraar. In elk geval was er al een rol voor het plantenhormoon auxine ver voordat planten het zelf gingen maken en als hormoon gingen gebruiken.

Geheimen onder de motorkap

De ontdekking van dit oeroude mechanisme door Kuhn, Weijers en hun collega’s, geeft nieuwe inzichten in het plantengroeihormoon auxine. Ze hopen dat deze nieuwe kennis wetenschappers uitnodigt om het stofje op een andere manier te bekijken. Sinds de ontdekking ervan in Utrecht, honderd jaar geleden, bestuderen plantwetenschappers wereldwijd het hormoon en de invloed ervan op groei en ontwikkeling van de plant. “Terwijl die onderzoekers uren wachten totdat er iets op DNA-niveau gebeurt, heeft de plant al duizenden eiwitten aangepast”, zegt Weijers. En dat allemaal door een mechanisme van meer dan een half miljard jaar oud. “Er gebeurt dus nog een hoop meer onder de motorkap van planten, dan we altijd dachten”, aldus Weijers.