Vluggere huidmondjes verhogen oogst

Biologie Na een gen-ingreep konden planten hun huidmondjes sneller openen en sluiten, en groeiden ze harder. „Een heel slim stukje werk.”

Drie huidmondjes aan de onderzijde van een seringenblad, gefotografeerd met een elektronenmicroscoop.
Drie huidmondjes aan de onderzijde van een seringenblad, gefotografeerd met een elektronenmicroscoop. Foto Power and Syred/Science Photo Library

Een plant groeit harder en verliest minder water als hij zijn huidmondjes sneller kan openen en sluiten. Dat laat een internationale groep wetenschappers zien in een publicatie in Science. Het biedt vooruitzichten om landbouwopbrengsten te verhogen.

Huidmondjes zijn microscopisch kleine structuren, meestal aan de onderzijde van bladeren, die open en dicht kunnen. Staan de huidmondjes open dan neemt een plant CO2 uit de lucht op om daarmee, in combinatie met zonlicht, suikers te maken (het proces dat fotosynthese heet) en te groeien. Tegelijk raakt de plant ook water kwijt, via verdamping.

„Probleem is dat in de natuur de lichtintensiteit constant wisselt”, legt Michael Blatt uit. Hij is coördinerend auteur van de studie, en hoogleraar botanie aan de universiteit van Glasgow. „Er komen wolken voor de zon. Bladeren waaien over elkaar.” Idealiter, zegt hij, reageren de huidmondjes er meteen op. Meer licht, dan de huidmondjes ook verder open, want dan kun je meer CO2 opnemen en meer suikers maken. Profiteer van het moment! Maar in de natuur loopt het zo synchroon niet. Waar de fluctuatie in lichtintensiteit een kwestie van seconden kan zijn, is de reactie van de huidmondjes veel trager. „Het kan 10 tot 30 minuten duren voordat de huidmondjes goed open staan”, zegt Blatt aan de telefoon. Ook het sluiten – wanneer het licht wegvalt en het geen zin heeft om veel CO2 op te nemen – heeft zijn tijd nodig. In die tijd raakt een plant eigenlijk onnodig waterdamp kwijt via de huidmondjes.

Twee extra genen in zandraket

De groep wetenschappers heeft nu zandraket genetisch zo gemanipuleerd dat de huidmondjes 2 tot 3 keer sneller open en dicht gingen. Bovendien gingen de huidmondjes verder open, de opening was groter.

De onderzoekers brachten daarvoor twee extra genen in zandraket in, eentje uit haver en eentje van een virus. Samen vormen deze genen een extra ion-kanaal in de membraan van de zogeheten sluitcellen, die het openen en sluiten van een huidmondje reguleren. Het ingebrachte ion-kanaal reageerde op blauw licht. Was dat er, dan ging het ion-kanaal open, stroomden kalium-ionen de sluitcellen in, en gingen die cellen in reactie ook meer water opnemen. De twee sluitcellen bogen dan krom, als twee tegenover elkaar liggende kidneybonen, en creërden zo een opening: het huidmondje. Bij afwezigheid van blauw licht liggen de sluitcellen strak tegen elkaar aan, en is er geen opening tussen hen in – het huidmondje is dan dicht.

In normale zandraketten duurde het openen van de huidmondjes circa 25 minuten en het sluiten 4 minuten. In de genetisch gemanipuleerde exemplaren duurde het openen zo’n 5 minuten en het sluiten 2 tot 3 minuten. Als gevolg daarvan waren bij de gemanipuleerde zandraketten bijvoorbeeld de bladeren in het rozet, onderaan de plant, veel groter. Deze planten, zo berekenden de onderzoekers, leggen ruim twee keer zoveel biomassa vast. En ze sprongen veel efficiënter om met water.

Geniaal

„Ik vind het echt een heel slim stukje werk”, reageert plantkundige Jeremy Harbinson van de Wageningen Universiteit, en niet betrokken bij het onderzoek. Hij zegt dat het principe om genen voor ion-kanalen in cellen te brengen, vooral is beproefd in hersenonderzoek bij zoogdieren. „Om de werking van zenuwcellen te bestuderen.” Dat het nu ook in planten wordt uitgetest, om de reactietijd van huidmondjes te manipuleren, noemt hij „geniaal”. Wel moeten de onderzoekers nog laten zien dat het principe ook in het veld werkt. „De volgende stap is om het in tabak te doen.”

De toepassing kan in verschillende landen verschillende voordelen hebben, zegt hij. „In het droge Australië is het handig als de huidmondje snel dicht gaan en je water bespaart. In Ierland, waar ik vandaan kom, regent het de hele tijd, en is het vooral gunstig als de huidmondjes snel opengaan, om meer CO2 vast te leggen.”

Ook Govert Trouwborst is onder de indruk van het onderzoek. Hij is gespecialiseerd in fotosynthese en werkt bij het bedrijf Plant Lighting in Bunnik. Het doet voor de glastuinbouw onderzoek naar de invloed van licht op fotosynthese en de ontwikkeling van planten. „Van paprika is bekend dat-ie vrij trage huidmondjes heeft.” Tomaat en komkommer reageren sneller op lichtveranderingen, zegt hij. Helemaal dramatisch is het bij tropische potplanten, zoals bromelia en anthurium. „Die hebben standaard dichtgeknepen huidmondjes, want in de hete tropen verlies je al snel te veel water.”

In hoeverre de landbouw profiteert van dit onderzoek, en de opbrengst per hectare kan verhogen, moet blijken. Trouwborst noemt het nu gepubliceerde onderzoek een „trigger om gerichter op huidmondjesdynamiek te veredelen”. Tegelijk, zegt hij, roept het een andere vraag op: hoever ga je met het knutselen aan planten.