Ontdekkingen rond elektrische signalen in plantencellen door JMU-wetenschappers onthullen verborgen communicatiegeheimen

AmsterdamWetenschappers aan de Julius-Maximilians-Universität Würzburg (JMU) hebben een nieuwe ontdekking gedaan over hoe planten op hun omgeving reageren. In het verleden onderzochten onderzoekers vooral hoe veranderingen in calciumgehaltes binnen plantencellen hun reacties op stress beïnvloedden. Nu hebben ze ontdekt dat ook veranderingen in de elektrische lading over celmembranen een cruciale rol spelen in deze reacties.

Om deze relatie te onderzoeken, hebben wetenschappers tabaksplanten gemodificeerd om speciale ionkanalen, genaamd channelrhodopsins, te produceren. Deze kanalen, afkomstig van algen en micro-organismen, konden door bepaalde soorten licht worden geactiveerd. Hierdoor konden de wetenschappers de stroom van calciumionen naar binnen en anionen naar buiten beheersen, wat hen hielp de signaalprocessen beter te begrijpen.

Belangrijke Bevindingen uit het Onderzoek:

• Zowel calciuminstroom als membraandepolarisatie spelen een rol in de stressreacties van planten.
• Anionuitstroom, wat leidt tot membraandepolarisatie, start de reactie op droogte door de productie van het plantenhormoon abscisinezuur (ABA).
• Calciuminstroom, daarentegen, activeert verdedigingsmechanismen tegen predatoren, samen met de productie van reactieve zuurstofsoorten (ROS).

Het succes van dit onderzoek was afhankelijk van het overwinnen van verschillende technische uitdagingen:

1. Het mogelijk maken dat channelrhodopsines gebruikmaken van vitamine A, verkregen uit bètacaroteen in planten.
2. Het kweken van planten onder rood LED-licht om onbedoelde activering van rhodopsines te vermijden.
3. Het optimaliseren van channelrhodopsines voor selectieve doorlaatbaarheid van calcium en anionen.

Lees ook:

Vandaag · 20:58

Nieuw 'Alzheimer-in-een-schaaltje'-model versnelt baanbrekende medicijnontwikkeling aanzienlijk

In 2021 werden aanzienlijke vorderingen gemaakt in het laten produceren van plantencellen met licht-geactiveerde kanalen met een hoog retinolgehalte. Experimenten toonden aan dat planten met het calciumgeleidende channelrhodopsin XXM 2.0 en het licht-geactiveerde anionkanaal GtACR1 goed reageerden onder stressomstandigheden.

De bevindingen wijzen op belangrijke vooruitgangen in de plantkunde. Inzicht in deze twee signaalroutes heeft veel potentieel voor de landbouw. Planten zouden genetisch aangepast kunnen worden om beter om te gaan met omgevings- en biologische stressfactoren. Dit zou gewassen veerkrachtiger maken tegen klimaatverandering en de behoefte aan chemische behandelingen verminderen. Door de uitleg van ionensignalen in planten, legt de studie de basis voor nieuw onderzoek om de weerstand en productiviteit van planten te verbeteren.

Ontdekkingen zoals deze kunnen ons helpen andere plantensoorten zo aan te passen dat ze beter omgaan met verschillende stressomstandigheden en beter in diverse omgevingen gedijen. Wetenschappers zijn gretig om dit onderzoeksgebied verder te verkennen, in de verwachting dat ze meer gedetailleerde informatie over plantenbiologie zullen vinden die kan leiden tot praktische vooruitgangen in de landbouw.