Met een computersimulatie die diktegroei van planten nabootst, hebben biologen aangetoond hoe planten het startsein geven om houtweefsel te vormen. Meer fundamenteel inzicht hierin kan de bosbouw en CO2-opslag in bomen naar een hoger plan tillen, aldus de onderzoekers. Ze publiceerden hun resultaten in het vakblad Science. Hun onderzoek was een internationale samenwerking, met onder meer Kirsten ten Tusscher van de Universiteit Utrecht.
Het is een nauwelijks onderzocht aspect in de plantenbiologie: hoe groeien planten in dikte? Biologen die de groei van planten doorgronden, kijken tot nu meestal slechts naar de wortels en scheuten. Zodoende brengen ze alleen in beeld hoe een plant in de lengte groeit. Maar volgens bioloog Kirsten ten Tusscher, verbonden aan de Universiteit Utrecht, is diktegroei minstens zo belangrijk.
"Planten kunnen niet eindeloos de hoogte in gaan. Ze moeten ook groeien in dikte, anders vallen ze uiteindelijk om", zegt de onderzoeker. Diktegroei maakt planten uiteindelijk steviger en sterker. Vooral voor bomen is die groei cruciaal.
Hoe komt diktegroei op gang?
Stamcellen vormen de drijvende kracht achter plantengroei, zowel in lengte als in dikte. Maar in een jong plantje zijn de stamcellen voor de dikte nog niet actief. Ze worden gaandeweg als het ware 'aan' gezet in een laag cellen die cambium heet. Daarna zorgen ze uiteindelijk voor de bouwstenen van hout. De aansturing hiervoor gebeurt door bepaalde genen.
Maar hoe dit precies in elkaar steekt, was tot nu toe onduidelijk. Een internationale groep van biologen, waaronder Kirsten ten Tusscher, levert nu opheldering, in hun Science-publicatie. De groep bestaat uit wetenschappers van de Universiteit Utrecht, de Universiteit van Helsinki, de Universiteit van Durham en de Universiteit van Californië in Davis.
Fundamentele inzichten en voorspellingen
Om dit te kunnen ophelderen, ontwikkelden Ten Tusscher en haar team een computersimulatie van plantengroei. De simulatie speelde een sleutelrol in het onderzoek dat leidde tot de Science-publicatie. Het model leverde fundamentele inzichten en voorspellingen op, die laboratoriumproeven van overige teamleden ondersteunden.
Computer simuleert houtvorming
Ten Tusschers computersimulatie laat zien hoe bepaalde genen stamcellen in het cambium 'aan' schakelen, terwijl de plant gaandeweg groter wordt. Dit blijkt de eerste stap in houtvorming te zijn. Hoewel de specifieke genen voor lengtegroei al vaker in kaart zijn gebracht, is dit het eerste model dat de genen voor diktegroei in actie laat zien. Het toont ook aan op welke plekken de genen in actie komen.
Gestage en constante houtvorming
Uit de voorspellingen die de simulatie deed, leidden Ten Tusscher en haar team af dat diktegroei uiteindelijk wordt gestuurd door chemische stoffen die elkaar overlappen in de cambiumlaag. Op plekken waar die stoffen samenkomen, worden stamcellen 'aan' gezet, waarna de cellen overgaan tot houtproductie. Die interactie zorgt ervoor dat houtvorming gestaag en constant plaatsvindt tijdens de levensduur van een plant, en niet abrupt begint of eindigt.
Modelplant
De simulatie is gebaseerd op een klein plantje, genaamd zandraket (Arabidopsis thaliana). Deze plant geldt als modelplant: biologen over de hele wereld bestuderen het plantje tot in de kleinste details, om kennis op te doen over plantengroei in het algemeen.
Betere bosbouw en CO2-opslag
Fundamenteel inzicht in diktegroei is niet alleen wetenschappelijk gezien relevant, aldus Ten Tusscher. Het kan uiteindelijk ook concrete toepassingen in de bosbouw opleveren. In bijvoorbeeld Finland is bosbouw een sector van groot economisch belang.
"Als je plantengroei volledig in kaart hebt gebracht, en je ontwikkelt een boom die dubbel zo hard groeit, dan kan dat duurzame bosbouw enorm bevorderen", zegt Ten Tusscher. "Het kan ook bijdragen aan klimaatdoelen, aangezien sneller groeiende bomen meer CO₂ kunnen opslaan. Het is zelfs denkbaar dat onderzoekers met deze kennis op zak de dikte van gewassen kunnen optimaliseren, voor een hogere opbrengst per vierkante meter akker."
Bron: Universiteit Utrecht
Schrijf je in voor onze dagelijkse nieuwsbrief om al het laatste nieuws direct per e-mail te ontvangen!
Inschrijven Ik ben al ingeschreven