Het geheim van de blauwe petunia

De blauwe petunia is een droom van plantenkwekers. Het is een moeilijke klus. Het geheim schuilt in de zuurgraad van opgeslagen pigment.

Blauwe petunia’s in de kassen van de Vrije Universiteit. Foto Rien Zilvold

De deur van de kas schuift open, vochtige lucht komt ons tegemoet. Daar zijn ze: petunia’s in alle kleuren, vormen en maten. Ranke planten die hun grote witte bloemen hoog op de steel dragen, struikachtige ruige bossen zonder bloemen en kleine hangplantjes met gevlekte bloemen. De kas van de Vrije Universiteit in Amsterdam herbergt de grootste collectie petunia’s ter wereld, met honderden lijnen. De meerderheid bestaat uit natuurlijke mutanten, varianten op de ‘gewone’ magentakleurige petunia, bekend van tuin en balkon. Een deel van de planten in de kas is genetisch gemanipuleerd.

Midden in de ruimte staat het pronkstuk: de blauwe petunia. De bloem heeft een diepe kleur, met fluwelen glans. „Blauwer kan de petunia niet worden”, zegt plantonderzoeker Francesca Quattrocchio trots. Samen met haar echtgenoot Ronald Koes stuurt zij een onderzoeksteam aan. Door twee genen van de plant uit te schakelen, lukte het hen – als eersten ter wereld – blauwe kroonbladeren te krijgen.

Geheimzinnige mutatie

De blauwe petunia komt in de natuur nauwelijks voor. „Deze kleur is een handicap”, legt Quattrocchio uit. „Bijen, de bestuivers van gekleurde petunia’s, zien deze namelijk niet. Hierdoor worden de blauwe petunia’s niet bestoven, en kunnen deze zich niet zelfstandig voortplanten.” Bloemenkwekers zoeken al sinds de jaren ’80 van de vorige eeuw naar de geheimzinnige mutatie van de blauwe petunia die de plant zo kwetsbaar maakt. „Want hoe zeldzamer een plant, hoe liever we deze in onze tuin willen hebben.”

Quattrocchio en Koes ontdekten dat de bloemen blauw worden als de plant zijn kleurpigmenten niet zuur genoeg kan opslaan. Deze pigmenten bevinden zich in de vacuole, de opslagruimte in plantencellen. Normaal gesproken is het milieu in deze opslagruimte zuur, met een pH-waarde van ongeveer 5. Deze lage waarde wordt in stand gehouden door de ‘PH5-pomp’ in het membraan van de vacuole, die zure deeltjes (protonen) overhevelt van het neutrale milieu in de cel naar de vacuole. Die pomp is ook een ontdekking van Quattrocchio en Koes.

Maar die ene pomp verklaarde de lage zuurgraad van de vacuole niet helemaal. Quattrocchio: „Wij hebben nu ontdekt dat de PH5-pomp wordt aangestuurd door een tweede pomp, die tot nu toe alleen bekend was in bacteriën. Die dwingt de PH5-pomp in het membraan om nog meer protonen in de vacuole te pompen en deze op die manier nog zuurder te maken”, legt Quattrocchio uit. „Ze werken samen als een soort superprotonenpomp. Als deze zijn werk doet, kleuren de bloemen rood of roze. Zijn de genen voor deze twee pompen defect, dan worden ze blauw.”

De wetenschap achter deze kleurveranderingen is simpel: de manier waarop opgeloste kleurpigmenten licht reflecteren, wordt bepaald door de pH-waarde van de vloeistof. „Wie scheikunde heeft gehad op de middelbare school kent de lakmoesproef nog wel”, illustreert Quattrocchio. „Steek het staafje papier met daarop de lakmoes in een zure oplossing en hij wordt rood. In een basische wordt hij blauw.” Precies dit gebeurt ook met de pigmenten in de vacuole van petunia’s.

Geen lakmoes bij de hand? „Pak een glas rode wijn, het mag geen goede zijn”, zegt Quattrocchio lachend. „Er moet namelijk veel tannine inzitten.” Tannine is de stof in druiven die wijn conserveert maar ook bitter doet smaken. Het is genetisch sterk verwant aan de kleurstoffen in petunia’s, en wordt ook opgeslagen in de vacuole. Daarom reageert tannine op dezelfde manier op basen en zuren als petuniapigmenten, legt Quattrocchio uit. „Als je zeep in de wijn doet, wordt hij blauwer. Voeg je citroensap aan toe, dan wordt de wijn feller rood.”

De druif speelde ook een rol in deze doorbraak. „Het genoom van de druif is een van de eerste die helemaal bekend waren, en heeft ons die van de petunia helpen ontcijferen,” vertelt Quattrocchio. Tegelijk hebben de onderzoekers dit jaar, als een soort bijvangst, ontdekt dat de druif deze superprotonenpomp ook heeft. „Dat is bijzonder, want veel soorten hebben deze pomp niet. Zoals de zandraket, het bekendste proefkonijn onder de planten.”

Lichtere, fruitiger wijn

De overeenkomsten met de druif maken de ontdekking over de blauwe kleur van petunia’s direct relevant voor het maken van wijn. „De pH-waarde van de vacuole van de druif is normaal gesproken 3, erg zuur”, zegt Quattrocchio. „Als je deze minder zuur zou kunnen maken, kan de vacuole tannine minder goed opslaan. Van druiven die minder tannine bevatten, kan je lichtere, fruitiger wijn maken.”

Ook komt het hoogste doel van plantonderzoekers en de droom van elke bloemkweker een stapje dichterbij: het kweken van een blauwe roos. „Wat we hebben ontdekt in blauwe petunia’s kan gebruikt worden in rozen, omdat deze bloemen hetzelfde pigment hebben”, vertelt Quattrocchio. „Als je een blauwe roos wilt maken, moet dit met genetische modificatie. Dat duurt zo vreselijk lang, je merkt pas na een jaar wat voor een roos je hebt gemaakt. Dan pas gaat hij bloeien. Met de petunia duurt zo’n proef maar drie maanden.”

Het is moeilijk te voorspellen of de blauwe roos blauwer kan worden dan deze kobaltblauwe petunia. Quattrocchio: „Elke plant heeft zijn eigen kleur blauw. Die is afhankelijk van het type pigment af dat hij heeft, maar ook van de zuurgraad in de vacuole of hoe hij zijn pigmenten hierin opstapelt. Windes en graanbloemen zijn bijvoorbeeld juist knallend blauw.”

Er zijn ook andere soorten waarvan blauwe varianten nog niet bestaan, zoals anjers of gerbera’s. Bloemkweekbedrijven zoals Florigene en Sunton willen deze heel graag verkopen, zegt Quattrocchio. „Die bedrijven kweken al wel een tijdje blauw-achtige planten, door het manipuleren van de genen van de kleurstoffen zelf. Maar dat levert hooguit een waterige kleur blauw op. Om echt een mooie, diepblauwe bloemen te kweken moet je de zuurgraad van de vacuoles aanpassen.”