Verrassende en cruciale rol voor ABA-hormoon bij zoutstress in planten

Bijna een kwart van de geïrrigeerde landbouwgrond wereldwijd heeft last van verzilting. Door een stijgende zeespiegel, toenemende droogte en hogere temperaturen als gevolg van klimaatverandering wordt dit probleem steeds groter. De behoefte aan gewassen die beter bestand zijn tegen verzilting neemt dan ook toe. Toch ontbreekt er nog veel fundamentele kennis over hoe planten reageren op acute zoutstress.

Een vandaag gepubliceerde studie van onderzoekers van Wageningen University & Research (WUR) in PNAS laat zien dat natriumstress in de eerste uren zorgt voor schade aan cellen en veranderingen in de regulering van het DNA. Verrassend genoeg worden deze effecten onderdrukt door het stresshormoon ABA.

Zoutstress: meer dan alleen wateronttrekking

Om tot dit resultaat te komen, hebben de onderzoekers door middel van proeven met de model plant Arabidopsis thaliana eerst de snelle reactie op keukenzout (NaCl) geanalyseerd. Zout veroorzaakt stress op twee manieren: door het onttrekken van water (osmotische stress) en door de ophoping van giftige natriumionen.

Door NaCl te vergelijken met suikers, die alleen osmotische stress geven, en andere zouten, ontdekten de onderzoekers specifieke reacties van de plant op natriumionen. Deze reacties waren vooral zichtbaar in de eerste zes uur na blootstelling aan zout, maar verdwenen daarna. Dit patroon werd ontdekt doordat de onderzoekers juist naar deze vroege tijdspunten keken. Eerdere studies richtten zich vaak op effecten na dagen of weken en zagen hierdoor deze vroege dynamiek over het hoofd.

ABA onderdrukt schade door natriumionen

Een volgende stap in het experiment wees vervolgens uit dat het stresshormoon ABA, dat langzaam ophoopt tijdens osmotische stress, de reactie op natriumionen onderdrukt.

Dit suggereert volgens onderzoeker Jasper Lamers dat beide stressfactoren nauwer met elkaar verbonden zijn dan eerder werd gedacht.

Geen zout en geen ABA: de plantenwortel ontwikkelt zich op een normale manier. De plantenwortel is niet blootgesteld aan zout en de plant is ook niet voorbehandeld met ABA.

Alleen zout: de plantenwortel is ter hoogte van de zwarte punt blootgesteld aan zout, terwijl de plant niet is voorbehandeld met ABA. De wortel buigt vanaf het moment van zoutblootstelling volledig af van het zout en de groei stagneert.

Alleen ABA: de plant is voorbehandeld met ABA, maar niet blootgesteld aan zout. De plantenwortel ontwikkelt zich normaal.

Zout en ABA: de plant is voorbehandeld met ABA én ter hoogte van de zwarte punt blootgesteld aan zout. De plantenwortel buigt na blootstelling aan zout in eerste instantie iets af maar ABA helpt om de natriumreactie te onderdrukken.

Hij en zijn collega’s onderzochten daarna wat er gebeurt als ABA al aanwezig is bij het begin van de zoutstress. “Bij een voorbehandeling met ABA bleken de natriumreacties volledig te worden onderdrukt. De cellen vertoonden geen waarneembare schade en de regulering van de natrium-geactiveerde genen bleef onveranderd. Daarnaast bleek dat de wortelpunt het gevoeligst is voor zoutstress.”

Nieuwe inzichten voor de ontwikkeling van zouttolerante gewassen

Deze fundamentele kennis over de eerste uren van zoutstress en het voorkomen van celschade kan een basis vormen voor de ontwikkeling van meer zouttolerante gewassen. Lamers: “Omdat het activeren van ABA effecten heeft op de hele plant, doen mijn oud-collega’s bij het Laboratorium voor Plantenfysiologie vervolgonderzoek om te bepalen of het mogelijk is om deze respons lokaal te reguleren – bijvoorbeeld in de meer zoutgevoelige delen van de wortel. Zelf werk ik nu als postdoc bij de vakgroep Biochemie (WUR) en onderzoek hoe planten fysieke krachten waarnemen en daarop reageren.”