Twee kleine moleculen die door de plant zandraket (Arabidopsis thaliana) worden gemaakt blijken een tegengesteld effect te hebben op hoe snel de bladeren van de plant verouderen. De moleculen zijn peptiden, korte ketens van aminozuren. Terwijl de peptide SCOOP10 de veroudering versnelt, onderdrukt SCOOP12 die juist. Samen reguleren deze peptiden waarschijnlijk het verouderingsproces van planten. Dat toont een internationaal team van wetenschappers, waaronder de Utrechtse plantenbioloog Nora Gigli-Bisceglia, aan in een publicatie in het vaktijdschrift Molecular Plant. Het simpelweg sproeien van SCOOP12 op een akker kan in potentie de ongewenste gevolgen van veroudering in gewassen vertragen.
In de laatste fase van het leven van een blad wordt de inhoud van het blad afgebroken. Hierdoor komen de voedingsstoffen in het blad vrij. Het gevolg is dat het blad geel wordt. Dit verouderingsproces is voordelig voor de plant, omdat het zorgt dat de plant voedingsstoffen kan opslaan en hergebruiken die nodig zijn voor de productie van zaden en fruit.
Omgevingsstress
Desondanks is het verouderingsproces van planten een groeiend probleem in de landbouw, zegt Gigli-Bisceglia. "Veroudering wordt in gang gezet door allerlei stressvolle omstandigheden, zoals droogte, hoge temperaturen en een te hoog zoutgehalte in de bodem," vertelt de onderzoeker. "Onder deze omstandigheden gebruiken planten veroudering als een manier om voedingsstoffen te hergebruiken. Oudere delen van de plant verouderen ook om de jongere bladeren te beschermen. Uiteindelijk zal langdurige blootstelling aan stress leiden tot overmatige veroudering en gaan de planten dood. En door klimaatverandering ervaren gewassen steeds vaker stressvolle omstandigheden."
Vertraagde en versnelde veroudering
Het team onderzoekers bestond naast Gigli-Bisceglia onder meer uit Christa Testerink van Wageningen UR en Yongfeng Guo en Zhenbiao Zhang van de Chinese Academy of Agricultural Sciences. De onderzoekers ontdekten de functie van de twee peptiden nadat ze zich realiseerden dat zandraketten die de receptor MIK2 missen, versneld verouderden. MIK2 is een planteneiwit aan het oppervlak van plantencellen waarvan bekend is dat het verbindingen aangaat met peptiden uit de SCOOP-familie.
Daarom besloten de onderzoekers om verschillende SCOOP-peptiden aan te brengen op losse blaadjes. Vervolgens keken ze wat er gebeurde wanneer deze blaadjes in het donker werden geplaatst om zo het verouderingsproces in gang te zetten. Ze zagen dat bij sommige peptiden, zoals SCOOP10, de bladeren sneller geel werden dan normaal: bij SCOOP10 na drie tot vier dagen, terwijl dit bij onbehandelde bladeren pas na vijf dagen gebeurde. Maar bij andere peptiden, zoals SCOOP12, duurde het meer dan zeven dagen voordat de bladeren begonnen te vergelen.
Vervolgens maakten de onderzoekers zandraketten die niet in staat waren om SCOOP10 of SCOOP12 aan te maken. Ze ontdekten dat planten zonder SCOOP10 langzamer verouderden. Zelfs na 40 dagen bleven deze planten nog groen. Planten zonder SCOOP12, daarentegen, verouderden sneller dan normaal.
Reguleren van veroudering
Uit eerder onderzoek was al bekend dat SCOOP12 bindt aan de receptor MIK2. In de nieuwe publicatie tonen de wetenschappers aan dat ook SCOOP10 sterk bindt aan deze receptor. Dat de binding van de twee peptiden aan dezelfde receptor juist tot tegenovergestelde reacties leidt, is bijzonder, geeft Gigli-Biscegli aan.
Het team ontdekte ook dat wanneer SCOOP10 aan MIK2 gebonden is en je vervolgens SCOOP12 toevoegt, de binding tussen SCOOP10 en MIK2 verdwijnt. Gigli-Bisceglia: "Dit suggereert dat deze twee peptiden met elkaar concurreren en op deze manier de veroudering in planten reguleren. Wanneer het tijd is voor de plant om te verouderen, wordt SCOOP10 aangemaakt. Tegelijkertijd zorgt SCOOP10 ervoor dat de productie van SCOOP12 op gang komt. We hebben daarom de hypothese opgesteld dat SCOOP10 het verouderingsproces start, terwijl SCOOP12 ervoor zorgt dat het proces niet te snel verloopt."
Toepassing in de landbouw
In theorie zou het mogelijk zijn om SCOOP12, of een vergelijkbaar peptide met hetzelfde effect, simpelweg op akkers te sproeien om het verouderingsproces van planten te vertragen. Volgens Gigli-Bisceglia zou dit kunnen werken voor veel verschillende gewassen, maar met name voor planten uit de familie van de Brassicaceae, waartoe ook de zandraket behoort. Deze plantenfamilie omvat veel verschillende soorten groenten, waaronder spruitjes, boerenkool, en bloemkool.
Maar het spuiten van peptiden op gewassen is momenteel geen gangbare praktijk in de landbouw. Gigli-Bisceglia: "Dat komt niet doordat peptiden schadelijk zijn, maar omdat ze momenteel simpelweg te duur zijn. Maar als het normaal zou worden om peptiden te sproeien, zouden de prijzen kunnen dalen. Want het zijn kleine moleculen die niet zo moeilijk op grote schaal te produceren zouden moeten zijn. Door moleculen die al van nature in planten voorkomen te gebruiken, is ook de verwachte impact op het milieu laag. Want deze peptiden zijn afbreekbaar, in tegenstelling tot veel chemicaliën die nu gebruikt worden".
Veroudering bij mensen
Mensen zelf doen al heel lang pogingen om veroudering te vertragen. Bieden de nieuwe bevindingen ook kansen voor onze soort? Gigli-Bisceglia: "Ook in dierlijke cellen zijn kleine peptiden aanwezig. Deze peptiden vervullen daar verschillende functies, zoals het reguleren van groei en ontwikkeling. En als je bijvoorbeeld kijkt naar de werking van aangeboren immuniteit in zowel planten als dieren, zie je dat de mechanismen onderdelen hebben die op een vergelijkbare manier werken. Zo worden afweerreacties geactiveerd via zeer vergelijkbare receptoren met vergelijkbare functies. Momenteel is er geen direct bewijs en er zijn duidelijke verschillen tussen dieren en planten. Maar we kunnen niet uitsluiten dat dieren een mechanisme om cellulaire veroudering te reguleren hebben ontwikkeld dat lijkt op wat we bij planten zien."
Bron: Universiteit Utrecht