Kanalen in celwanden sturen ontwikkeling van de plant

Steeds blijkt de natuur ingewikkelder in elkaar te zitten dan men dacht. Dit geldt ook weer voor de plasmodesmata, de celkanaaltjes in de dikke, ondoorlaatbare celwanden van planten. Lang dachten celbiologen dat deze celwandkanalen eenvoudige, passieve doorgangen waren waardoor alleen kleine moleculen zoals voedingsstoffen en hormonen zich verplaatsten van cel naar cel. Inmiddels wijst steeds meer onderzoek erop dat celwandkanalen dynamische complexen zijn van verschillende eiwitten, die op hun beurt weer allerlei relaties onderhouden met andere eiwitten. De kanaaleiwitten kunnen door andere eiwitten veranderd worden, en ze kunnen zelf mee sturen welke moleculen ze doorlaten en welke niet.

Onderzoekers van de universiteit van California hebben nu aangetoond dat deze kanaaltjes in de ondoorlaatbare celwanden, ook betrokken zijn bij de ontwikkeling van de plant. Ze laten selectief grote eiwitten en stukken erfelijk materiaal door die de ontwikkeling van organen en weefsels sturen (Science 22 dec.).

De Amerikanen keken naar de verspreiding van het zogeheten KN1-eiwit, dat door het aanschakelen van bepaalde genen weefselgroei stuurt in de jonge maisplant. De onderzoekers ondervonden dat wanneer het vaatweefsel van jonge maisbladeren het KN1-eiwit aanmaakt, aangrenzende weefsels anders gaan groeien. Dit bleek niet te wijten aan de verspreiding van kleine hormonen of ionen. Als de onderzoekers namelijk KN1-eiwit met lichtgevende groepen eraan van buitenaf in het vaatweefsel spoten, zagen ze even later onder de electronenmicroscoop de oplichtende eiwitten in andere weefsels. Andere eiwitten met lichtgevende groepen eraan, liet de celwandkanalen niet door. De kanalen bleken dus selectief voor de KN1-eiwitten.

De onderzoekers vonden ook dat het KNI-eiwit het celwandkanaal eerst moet vergroten, voordat het er door kan. Dat bepaalde eiwitten in staat zijn om de poort tussen twee plantencellen voor zichzelf te openen, was al bekend van viruseiwitten. Sommige virussen, bestaande uit eiwitten en RNA, dringen namelijk via de celwandkanalen de plantencel binnen.

Net als deze viruseiwitten, bleek ook dit ontwikkelingseiwit van de mais in staat celwandkanalen te openen voor RNA. Opmerkelijk genoeg kan ze dat ook weer alleen voor het RNA, betrokken bij de aanmaak van het KN1-eiwit zelf. Spoten de celbiologen het KN1-eiwit in samen met RNA uit virus, dan bleef het virus-RNA op zijn plaats.

Dat zo'n belangrijke ontwikkelingseiwit en het bijbehorende RNA verspreid wordt over de plantencellen, heeft volgens de auteurs flink wat implicaties voor de vraag hoe plantencellen differentiëren tot verschillende weefsels en organen. Bekend is bijvoorbeeld dat celwandkanalen in weefsel A, bepaalde eiwitten niet doorlaten die ze in weefsel B wel doorlaten. Daarmee zouden deze kanalen weleens een belangrijke rol kunnen spelen in de groei en de differentiatie.