Tegen de vertakking

Wageningers ontdekten een nieuwe familie plantenhormonen. Daarmee komen Afrikaanse sorghumboeren misschien af van hun onkruid. Berber Rouwé

Links een gewone erwt; rechts een rms2-mutant die geen strigolactonen produceert. De mutant is sterk vertakt en er groeien geen parasieten op zijn wortels. Foto wageningen universiteit wageningen universiteit

Niemand wil slungelige, kale sierplanten die wild over de potrand groeien. Want ze zijn lelijk en lastig te vervoeren.” Plantenfysioloog Arjan Stolte denkt praktisch. Hij is onderzoeker bij bloemenveredelaar Goldsmith Seeds: “Sierplanten moeten compact zijn, met veel takken en bloemen. Voor tomatenplanten geldt het omgekeerde, die moeten stevige stengels hebben met weinig vertakkingen. Zo kan de plant alle energie in de vruchten stoppen.” Dankzij een pas ontdekte groep plantenhormonen, strigolactonen, kunnen kwekers straks zelf bepalen hoeveel zijscheuten een plant krijgt (Nature, 10 augustus).

Plantenhormonen zijn stoffen die de plant aanmaakt om zijn groei te reguleren en zo te reageren op veranderingen in zijn leefomgeving. Pikt de plant bijvoorbeeld op dat de daglengte verandert of de beschikbaarheid van voedsel, dan geven hormonen een signaal af dat de plant moet gaan bloeien of juist zijn blad laten vallen.

“Het is bijzonder om een nieuwe familie plantenhormonen te vinden”, zegt Harro Bouwmeester, een van de ontdekkers en hoogleraar plantfysiologie aan de Wageningen Universiteit. “Er zijn slechts vijf belangrijke families plantenhormonen, en die zijn al decennia bekend.” Onderzoekers dachten dat ze met de bekende hormonen prima konden verklaren hoe een plantenstengel zijscheuten maakt. Tot ze varianten van erwten, rijst, petunia en zandraket vonden die wild en veelvuldig vertakken, zonder dat dat verklaard kon worden met een van de vijf bekende hormoonfamilies. Er moest een ander signaal zijn dat in gewone planten die vertakking in toom houdt. Iets dat bij sterk vertakkende, mutante planten afwezig is, of zijn werk niet doet.

STRIGOLACTONEN

Dat signaal blijkt nu gevormd te worden door strigolactonen. Dat is een groep stoffen die al dertig jaar bekend staat om iets anders, namelijk het aantrekken van onkruid. De wortels van veel planten scheiden strigolactonen af. Parasitaire planten als bremraap en striga gebruiken die stoffen om hun slachtoffer te lokaliseren. Hun zaden ontkiemen zodra ze in aanraking komen met strigolactonen. De kiemplantjes zetten zich vast op de wortels van de gastheerplant en zuigen er voedingsstoffen uit. In Afrika is dat een groot probleem. Hele oogsten sorghum, maïs en gierst gaan eraan ten onder.

Pas drie jaar geleden werd ontdekt waarom planten hun locatie verraden met strigolactonen, namelijk om nuttige schimmels aan te trekken. Mycorrhiza-schimmels groeien op de wortels van 80 procent van alle landplanten. Met zijn lange schimmeldraden kan mycorrhiza diep de grond in reiken om nutriënten op te vissen. De schimmel staat voedingsstoffen af aan de plant, in ruil voor suikers die de plant maakt in zijn bladeren. Planten met een fosfaattekort maken extra veel strigolactonen, waarschijnlijk om nog meer mycorrhiza aan te trekken. Helaas heeft de plant daardoor ook meer kans op infectie met een parasiet. Afrikaanse boeren merken dat. Op arme en dus toch al moeilijk te bebouwen gronden hebben ze meer last van striga.

Twee onafhankelijk van elkaar opererende onderzoeksteams kwamen op het idee dat strigolactonen hormonen zouden kunnen zijn die ook in de plant een rol hebben. Beide teams – een internationale groep met Wageningers en een Japans team – publiceerden hun vondsten in hetzelfde nummer van Nature. Bouwmeester: “Wij werkten met erwt en zandraket, de Japanners met rijst en zandraket. Dat we dezelfde uitkomsten kregen, versterkt het idee dat strigolactonen bij vele planten voorkomen en vertakking reguleren.”

Beide groepen namen mutante planten die wild vertakken. In de erwt heten deze mutanten ramosus (rms), van het Latijn voor ‘vertakt’. Rms1- en rms5-planten missen het enzym cartenoid cleavage dioxygenase 7 of 8 (ccd). De onderzoekers vermoedden dat deze twee enzymen nodig zijn voor de productie van strigolactonen en dat ccd-mutante planten dus geen strigolactonen kunnen maken.

De wortels van de ccd-mutante planten bleken inderdaad geen strigolactonen te bevatten. Ook bleken ccd-mutanten minder mycorrhiza-schimmels en minder parasitaire planten aan te trekken dan gewone planten. Hun wortels bleven ‘schoon’. Verder bleken jonge mutanten uit te groeien tot gewone planten als de onderzoekers kunstmatige strigolactonen over de planten sproeiden of in hun stengels spoten. Bouwmeester: “De extra vertakkingen in de stengels verdwenen.” Hoe sterk de vertakking werd geremd, bleek afhankelijk van de dosis toegevoegde strigolactonen. Een minieme hoeveelheid van 10 nM strigolacton was al genoeg voor een effect.

SIGNAAL

De onderzoekers gebruikten ook planten met een andere mutatie: rms4. Deze planten missen een bepaald receptoreiwit. Rms-mutanten bleken strigolactonen aan te maken in hun wortels, maar toch sterk vertakkende stengels te hebben. Bouwmeester: “Het blijkt dat de receptor die de plant mist, nodig is om het hormoonsignaal op te vangen en door te geven. Zonder receptor is de plant ongevoelig voor strigolactonen.”

Hiermee voldoen strigolactonen aan een aantal basiskenmerken van hormonen: ze werken al bij kleine hoeveelheden, hun uitwerking is afhankelijk van de dosis en ze hebben receptoren nodig.

Het zal nog een aantal jaren duren voor de hormonen kunnen worden toegepast, maar de belangstelling vanuit het bedrijfsleven is er. Dat blijkt uit internetfora van bijvoorbeeld de bloemteelt, boomkwekerij en biologische landbouw. Stolte: “Plantenveredeling en de opkweek van jonge planten uit zaden en stekjes is een enorme industrie in Nederland. De groei wordt vaak gestuurd met synthetische groeiremmers. Maar die remmen de hele plant, ook de onderdelen die je niet wilt remmen. Soms slaat zo’n plant dan niet goed meer aan. Werken met natuurlijke hormonen als strigolactonen is veel eleganter. Daarom is iedereen zo nieuwsgierig.”

Bovendien sluit het gebruik van strigolactonen goed aan bij onderzoek waar Stolte komende maand mee begint. Stolte: “Samen met de groep van Harro Bouwmeester en een stuk of dertig veredelaars en kwekers gaan we jonge planten blootstellen aan speciale temperatuurschema’s, zoals ’s nachts warmer dan overdag. Het blijkt dat planten daar een soort jetlag van krijgen en kleiner blijven. “Zo’n compacte plant is makkelijker in het vervoer.” Zowel Bouwmeester als de Japanners hopen ook Afrikaanse boeren te helpen met hun vondst.

    • Berber Rouwé