Planten die dicht op elkaar groeien, doen er alles aan om licht te onderscheppen. Deze 'schaduwmijdende' reactie is al uitgebreid onderzocht. Des te opmerkelijker is het volgens de WUR daarom dat onderzoekers van de vakgroep Moleculaire Biologie een geheel nieuw mechanisme hebben ontdekt: het hormoon cytokinine speelt een belangrijke rol. Het wetenschappelijke tijdschrift Nature Communications heeft het onderzoek gepubliceerd.
Planten in de natuur, op het veld of in de kas strijden met elkaar om licht, vocht en voedingsstoffen. Hoe dichter ze bij elkaar staan, hoe heftiger de concurrentie. Maar hoe weten planten dat het druk begint te worden? "In een dicht gewas dempt rood licht sneller uit dan verrood licht, dat juist gereflecteerd wordt. Dus de verhouding rood/verrood daalt bij een grotere plantendichtheid. Planten 'zien' dit met het lichtgevoelige pigment fytochroom", vertelt Ronald Pierik, hoogleraar moleculaire biologie aan Wageningen University & Research.
Fytochroom werkt als een schakelaar: die kan in- of uitgeschakeld worden. De verhouding tussen rood en verrood bedient als het ware de aan-uitknop. En dat zet een hele reeks aan reacties in gang. Pierik: "Bij relatief veel verrood licht – dus een dicht gewas – worden de stengels en bladstelen langer. De bladeren gaan van een horizontale naar een meer verticale stand. Alles is erop gericht om boven de buren uit te stijgen en meer licht op te vangen."
De plant links staat in standaard groeilicht, de plant rechts vertoont shade avoidance reacties op schaduwlicht. Foto: Mieke de Wit
Boven- en ondergrondse concurrentie
Over deze reactie en de mechanismen die haar aansturen, is al heel veel bekend. "Hoe planten informatie over licht verwerken, is belangrijk voor onze gewassen. Deze worden immers over het algemeen dicht op elkaar geplant. De vraag is hoe ver je daarmee kan gaan", geeft Pierik aan. Planten concurreren niet alleen om licht, maar ook bijvoorbeeld om voedingstoffen.
"Je zou dus de schaduwvermijding in samenhang met andere reacties op concurrentie moeten bekijken. Zo benader je de werkelijke situatie in het veld. Deze gedachtegang bracht onze postdoc Pierre Gautrat, die dit werk startte in onze voormalige groep aan de Universiteit Utrecht, op het idee om bovengrondse en ondergrondse concurrentie in samenhang te onderzoeken. Een van de onderzoeksvragen was: als een plant weinig voeding krijgt in de vorm van stikstof, kan hij dan nog wel goed reageren op verrood licht?", vertelt hij.
Boodschapper
Voor deze reacties moeten de groeipunten van de plant weten hoeveel stikstof beschikbaar is in de bodem. Dit weten ze doordat er een boodschap van de wortels naar de groeipunten gaat. De boodschapper is in dit geval het plantenhormoon cytokinine. Dit wordt aangemaakt in de wortels en gaat via de vaten naar het bovengrondse deel van de plant. Hoe meer stikstof aanwezig is, hoe meer cytokinine er ook geproduceerd wordt.
"Het blijkt dat de reactie van schaduwvermijding inderdaad afneemt bij weinig stikstof. Maar we hebben ontdekt dat je de plant voor de gek kunt houden. Als je extra cytokinine toevoegt bij weinig stikstof, zie je toch een forse lengtegroei bij extra verrood licht. Dit is voor het eerst dat iemand heeft aangetoond dat cytokinine een rol speelt bij schaduwvermijding. We hebben dus een nieuw mechanisme ontdekt. Dat is heel opmerkelijk, want deze processen zijn al intensief onderzocht", vertelt de hoogleraar.
En het wordt nog opmerkelijker: tot nu toe was cytokinine namelijk bekend als het hormoon dat lengtegroei juist remt. "Terugkijkend zijn alle proeven waarop die conclusie was gebaseerd, gedaan met zaailingen die in het donker waren gekweekt. Pas als je ze in het licht kweekt, krijg je die reactie. En dan alleen bij een overmaat aan verrood licht", legt hij uit.
Remming van de remming
De onderzoekers hebben ook op genetisch niveau onderzocht hoe dit mechanisme werkt. "Er zijn specifieke eiwitten die de gevoeligheid van de plant voor cytokinine remmen. De genen die voor deze eiwitten coderen, worden bij echter blootstelling aan verrood licht zelf weer geremd. Dit leidt tot een 'remming van de remming', wat betekent dat de gevoeligheid voor cytokinine juist toeneemt. Ook dit zijn heel nieuwe inzichten", vertelt Pierik.
De architectuur van gewassen kan heel belangrijk zijn. "Dat hebben we geleerd van de de Groene Revolutie. Deze leidde tot sterk gestegen oogsten omdat veredelaars rijst- en tarwerassen ontwikkelden die minder energie staken in lengtegroei en meer in de korrels. Dit soort nieuwe inzichten kan veredelaars en telers helpen om bij gewassen als gerst, tarwe, maïs en rijst tot betere productie te komen", besluit hij.
Bron: WUR