Tomatenplanten rantsoeneren zelf water tijdens periodes van droogte

Onderzoek van Siobhan Brady en Alex Cantó-Pastor van de Universiteit van Californië in Davis, laat zien hoe tomatenplanten zichzelf droogtetoleranter kunnen maken door de wasachtige substantie suberine in hun wortels te produceren.

TJ Ushing / UC Davis College of Biological Sciences

Ook al klinkt het in onze contreien op dit moment waarschijnlijk wat tegenstrijdig, toch is het belangrijk om rekening te houden met een wereld die door de klimaatverandering steeds droger wordt. Recent nog toonde onderzoek aan dat ook in grote delen van Europa de lucht steeds droger wordt en onderzoekers hierin een ‘zorgwekkende trend’ zien.

Daarom zoeken wetenschappers naar manieren om planten weerbaar te maken tegen nieuwe klimaatomstandigheden, zodat onze voedselzekerheid, ook in het licht van de groeiende wereldbevolking, gegarandeerd blijft.

Ze kijken daarbij onder meer naar mechanismen waarover planten zelf al beschikken om hen te helpen om zich aan te passen aan veranderingen zoals nieuwe klimaatomstandigheden.

Het is bijvoorbeeld al langer geweten dat plantwortels een waterafstotend polymeer genaamd suberine produceren. Deze stof voorkomt dat water naar de bladeren stroomt, waar het snel verdampt. Zonder suberine zouden de bladeren van planten op openstaande waterkraantjes lijken.

Omgaan met waterstress

Suberine wordt geproduceerd in de zogeheten endodermale cellen die rond de vaten in de plantwortels zitten. Wetenschappers van de Universiteit van Californië ontdekten dat bij tomatenplanten suberine geproduceerd wordt in exodermale cellen die net onder de schil van de wortel zitten. Op die plek kan suberine de doorstroming van water dat zich op dat moment nog buiten de plant bevindt gaan reguleren.

Het onderzoek, gepubliceerd in Nature Plants, laat zien dat tomatenplanten zonder suberine minder goed omgaan met waterstress. Deze kennis kan wetenschappers nu helpen bij de ontwikkeling van droogtebestendige gewassen.

Gereedschapskist

‘We kunnen exodermale suberine toevoegen aan onze gereedschapskist met manieren om planten te helpen langer te overleven en met droogte om te gaan’, zegt Siobhan Brady, hoogleraar Plantenbiologie en hoofdauteur van de studie.

‘Als je erachter kunt komen welke cellen modificaties hebben die een plant beschermen tijdens moeilijke omgevingsomstandigheden, kun je je beginnen afvragen of die verdediging ook kan opgebouwd worden en of dat de plant dan sterker maakt?’

Om die vraag te beantwoorden heeft Brady samen met collega’s genen geïdentificeerd in tomatenplanten die actief zijn in de productie van suberine in exodermale wortelcellen. Ze ontdekten zeven genen die cruciaal zijn in dit proces.

Mutaties

Vervolgens testten de onderzoekers de rol van exodermale suberine in droogtetolerantie door enkele gemuteerde tomatenplanten bloot te stellen aan een droogteperiode van tien dagen. Voor deze experimenten richtten de onderzoekers zich specifiek op twee genen die betrokken zijn bij de productie van suberine.

De experimenten bevestigden dat tomatenplanten zonder deze genen minder goed tegen waterstress kunnen. De gemuteerde planten groeiden net zo goed als normale planten wanneer ze regelmatig water kregen, maar verwelkten aanzienlijk na tien dagen zonder water.

‘Bij de mutaties van deze genen bleken de planten meer gestrest en niet in staat om te reageren op droogte’, zegt Brady.

Omgekeerd wil dat dus zeggen dat het muteren van genen die een positieve invloed hebben op suberine, planten meer bestand tegen droogte zouden maken.

Nu de onderzoekers de waarde van suberine in de kas hebben aangetoond, willen ze in een volgende fase de droogtebestendigheid van suberine in het veld te testen.