Het bestuderen van reacties van planten op omgevingsstressoren die essentieel zijn voor duurzame landbouw

Een team van onderzoekers in Zweden heeft nieuwe inzichten gekregen in de moleculaire mechanismen die samenhangen met plantreacties op omgevingsstressoren, zoals aanraken, snoeien of infectie.

De wetenschappers onderzochten de innerlijke werking van dergelijke reacties en het resulterende gedrag van de plant, en ontdekten nieuwe cruciale genetische factoren die van invloed kunnen zijn op de gewasopbrengst.

Het team van de universiteit van Lund herhaalde dat planten reageren op mechanische prikkels om beter om te gaan met specifieke milieubedreigingen.

De studies gepubliceerd in Science Advances legde uit dat: ​"mechanische stimulatie veroorzaakt snelle veranderingen in genexpressie en beïnvloedt het uiterlijk van de plant (thigmomorfogenese) en de bloei.”

Thigmomorfogenese wordt gegenereerd door herhaalde stimulatie en omvat significante wijzigingen in de plantmorfologie, zoals dwerggroei, pittigheid, veranderde mechanische eigenschappen van de stengel, vertraagde bloei, verbeterde verankeringssterkte van wortels en verminderde stomatale opening.

Dergelijke veranderingen hebben de neiging om het vermogen van de planten om sterke wind te weerstaan ​​te verbeteren en hun reactie op infectie te verbeteren. Bovendien kunnen deze veranderingen de weerstand tegen kou, zoutgehalte of droogte versterken.

Het nieuwe onderzoek en een paar andere onderzoeken naar soortgelijke plantreacties dragen bij aan een groeiende kennis van mechanismen die volgens wetenschappers cruciaal kunnen zijn voor het verbeteren van landbouwtechnieken.

"Mechanostimulatie krijgt steeds meer aandacht als een mogelijke methode voor duurzame landbouwpraktijken om de voedselzekerheid te verbeteren”, schreven de onderzoekers.

"De reactie van de plant op mechanische stimulatie is echter zeer complex, omdat het afhangt van de intensiteit van de mechanische belasting en de frequentie van blootstellingen,” voegde ze eraan toe. ​"Het begrijpen van het moleculaire mechanisme van mechanoperceptie van planten en thigmomorfogenese is absoluut noodzakelijk om deze methode toe te passen op grootschalige landbouw."

Eerder onderzoek identificeerde moleculaire mechanismen die verband houden met mechanoperceptie van planten. Andere studies wezen op de belangrijke relatie tussen jasmonzuur en aanrakingssignalering.

"Ondanks jarenlang onderzoek naar hoe transcriptionele reacties op mechanische stimulatie in planten worden gecontroleerd, zijn er slechts een paar regulatoren geïdentificeerd en consistent gevalideerd”, schreven de onderzoekers.

"Hier hebben we omgekeerde genetica gebruikt om de moleculaire mechanismen die ten grondslag liggen aan aanrakingssignalering verder te karakteriseren, "voegden ze eraan toe.

Olivier Van Aken, een bioloog aan de Universiteit van Lund, vertelde bijvoorbeeld aan het tijdschrift ScienceAlert: ​"We stelden de zandraket bloot aan zacht borstelen, waarna duizenden genen werden geactiveerd en stresshormonen vrijkwamen. Vervolgens hebben we genetische screening gebruikt om de genen te vinden die verantwoordelijk waren voor dit proces.”

Volgens zijn collega Essam Darwish zijn de onderzoeksresultaten ​"los een wetenschappelijk mysterie op dat de moleculair biologen van de wereld al 30 jaar lang is ontgaan.”

"We hebben een volledig nieuwe signaalroute geïdentificeerd die de reactie van een plant op fysiek contact en aanraking regelt, "voegde hij eraan toe. ​"Nu gaat de zoektocht naar meer paden verder.”

De onderzoekers zijn van mening dat een beter begrip van die mechanismen nieuwe kansen kan bieden voor de wereldwijde landbouw, met klimaatverandering en conflicten die de voedselzekerheid in veel regio's bedreigen.

"Gezien extreem weer omstandigheden en ziekteverwekkers die klimaatverandering met zich meebrengt, is het van het grootste belang om nieuwe ecologisch verantwoorde manieren te vinden om de productiviteit en weerstand van gewassen te verbeteren”, besluit Van Aken.

• Wetenschap Advances
• Science Alert