Ook suikers spelen rol bij biologische klok van planten

Biologie Alle organismen leven volgens een dag-en-nachtritme. Dat mechanisme werkt complexer dan gedacht.

De zandraket (Arabidopsis thaliana), de plant waarmee het onderzoek is gedaan.
De zandraket (Arabidopsis thaliana), de plant waarmee het onderzoek is gedaan. Foto Mantonature

Het dag-en-nachtritme van planten zit nog ingenieuzer in elkaar dan gedacht. Niet alleen licht en temperatuur zijn van invloed op het finetunen van de biologische klok. Ook suiker en – nog verrassender – vrije zuurstofradicalen zorgen ervoor dat planten netjes in de pas blijven met hun circadiane ritme. Dat schrijven biologen van de universiteit van York in wetenschappelijk tijdschrift PNAS, op basis van onderzoek aan de ‘modelplant’ zandraket (Arabidopsis thaliana).

Alle organismen hebben een interne biologische klok, van eencellige algen tot bomen en van muizen tot giraffen. Eén cyclus van dat circadiane ritme duurt ongeveer 24 uur (circa-dia betekent ‘ongeveer een dag’), maar net niet helemaal. Dat zou betekenen dat een soort langzaam uit de pas gaat lopen met het dag-en-nachtritme van de buitenwereld – tenzij er een correctie van buitenaf plaatsvindt. Door zonlicht bijvoorbeeld: dat mechanisme is al decennialang bekend. Maar de laatste jaren komen onderzoekers erachter dat in dat bijstellen van de biologische klok ook andere factoren meespelen, zoals suiker.

Die sleutelrol voor suiker is op zichzelf niet gek, want de suikerspiegel in een plant is nauw aan het daglicht verbonden: tijdens de fotosynthese maakt een plant continu suikers aan, vooral in de vorm van sucrose. Maar in hun huidige onderzoek wilden de Britse biologen juist ontrafelen of suiker ook onafhankelijk van licht de biologische klok kan beïnvloeden. En dat blijkt inderdaad het geval.

Vrij spel voor de klok

In het experiment lieten de wetenschappers zandraket-zaailingen gedurende drie etmalen in een donkere ruimte staan, om vrij spel te geven aan hun interne klok. Daarna werden de zaailingen onderverdeeld in vier groepen: zonder licht én zonder suiker, zonder licht mét suiker, licht (dus ook suiker) en licht waarbij de suikeraanmaak kunstmatig werd tegengehouden. Zo konden de onderzoekers aantonen dat licht en suiker, onafhankelijk van elkaar, bijdragen aan het bijstellen van de biologische klok. Daarnaast stelden ze vast welke genen betrokken zijn bij beide methodes.

Ook zuurstofradicalen spelen een belangrijke rol in het proces, ontdekten ze. „Interessant is dat sucrose blijkt te zorgen voor een toename van superoxide, een reactieve vorm van zuurstof”, vertelt Ronald Pierik, hoogleraar fotobiologie van planten aan de Universiteit Utrecht, niet bij het onderzoek betrokken. Dat superoxide-radicaal is volgens de auteurs essentieel om een gen te activeren dat gekoppeld is aan de precieze timing van de biologische klok.

„Telkens als we denken de biologische klok te begrijpen dan blijkt het toch weer complexer te liggen”, zegt Pierik. „Het is belangrijk onderzoek, omdat de klok fundamenteel is voor elk levend organisme, en allerlei verschillende interne processen aanstuurt. Waar ik nu benieuwd naar ben, is of dit voor alle onderdelen van de plant geldt: speelt het in de wortels bijvoorbeeld net zo veel als in de stengels? Wortels zien natuurlijk geen licht, maar kennen wel degelijk ook een dag-en-nachtritme.”