Waardoor groeit een plant naar het licht?
Zet een plant in de vensterbank en hij zal binnen enkele uren naar het licht gegroeid zijn. Voor het eerst is dit mechanisme in planten op moleculair niveau in kaart gebracht door Leidse biologen en onderzoekers uit Gent en Lausanne. Ze publiceerden hierover in het prestigieuze Nature Cell Biology.
Darwin
Fototropie – het verschijnsel waarbij licht de richting van plantengroei beïnvloedt – heeft al bijna twee eeuwen de aandacht van de biologie. In 1881 beschreef Charles Darwin in zijn boek The Power of Movements in Plants experimenten waaruit hij concludeerde dat een stof in planten de groeirichting verandert onder invloed van licht. En in 1920 wist de Nederlandse bioloog Frits Went dit plantenhormoon te isoleren. Hij noemde het hormoon auxine.
Schaduwzijde groeit sterker
Inmiddels is bekend dat als een plant van één kant wordt beschenen, auxine zich met name ophoopt in cellen aan de onbelichte kant van de plant, de schaduwzijde. Hier zet auxine processen in gang, waardoor cellen aan deze kant van de stengel zich sneller strekken dan aan de belichte kant. Het gevolg: de schaduwzijde groeit sterker dan de lichtzijde en de plant ‘buigt’ naar het licht, zodat de fotosynthese van de plant optimaal kan verlopen.
Verbindingen
Maar lang was onduidelijk hoe licht nu precies aanzet tot een ophoping van auxine aan de schaduwzijde van de plant. De Leidse biologen Remko Offringa, Carlos S. Galván-Ampudia en Yuanwei Fan hebben nu, samen met onderzoekers uit Gent en Lausanne, voor het eerst de moleculaire keten van dit proces in kaart gebracht. ‘Een aantal onderdelen van de keten waren bekend, maar in Leiden hebben wij een nieuw onderdeel ontdekt. Daarmee heeft de groep in Gent voor het eerst de verbindingen tussen alle onderdelen kunnen leggen’, licht Offringa toe.
Kinases
De onderzoekers ontdekten dat de fototropie zich afspeelt in de derde cellaag van buitenaf in de stengel, de endodermis. Hier zorgen zogenaamde kinases (groepen enzymen die de werking van eiwitten kunnen beïnvloeden) ervoor dat auxinetransporterende eiwitten gelijk over de endodermiscellen worden verspreid. Althans, zolang het donker is. In het licht onderdrukken fotoreceptors (lichtopvangende eiwitten) de activiteit van de kinases. Zodoende hopen auxinetransporterende eiwitten zich op aan de donkere kant. En wordt auxine alleen verspreid over deze zijde, de schaduwzijde, van de stengel.
Grote lijnen
Offringa is trots op het resultaat. 'Dit artikel verbindt heel mooi alle vindingen die tot nu toe zijn gedaan bij fototropie. Ook hebben we voor het eerst bewezen dat kinases, een groep enzymen die wij bestuderen, een cruciale rol vervullen in het hele proces. Een aantal belangrijke details moet weliswaar nog ingevuld worden, maar het mechanisme van fototropie is nu in grote lijnen duidelijk.'
Z. Ding et al, , Nature Cell Biology (13 maart 2011, online).
De betrokken Leidse onderzoekers zijn: Carlos S. Galván-Ampudia, Yuanwei Fan EN Remko Offringa.