Tomaten op precies dezelfde hoogte laten groeien, zodat een oogstrobot ze gemakkelijk kan plukken. Of planten veel dieper laten wortelen waar de grond droog is. Onderzoekers van Wageningen University & Research bewijzen hoe je stamcellen op een plek kunt stimuleren zodat het in de toekomst mogelijk is om de architectuur van de plant aan te passen. “Het gaat om complex bewijs van een simpel model over hoe je stamcellen op een precieze locatie in de plant kunt organiseren.” Het onderzoek is gepubliceerd in Genes & Development.
Architectuur planten
Om te begrijpen hoe planten hun stamcellen programmeren in de zaadjes en herprogrammeren in de zijwortels doet Ben Scheres - Hoogleraar ontwikkelingsbiologie - al jaren onderzoek naar de plant Arabidopsis. “Stamcellen produceren nieuw plantenweefsel en gaan hun hele leven door met het maken van nieuwe bladeren, bloemen en wortels. Met ons onderzoek laten we zien dat in de plantenwortel twee heel verschillende systemen samenwerken om heel nauwkeurig te bepalen waar die stamcellen zich moeten bevinden.”
Beide systemen zijn heel flexibel: één reageert continu op de hoeveelheid van het plantenhormoon auxine, die steeds verandert. De tweede reageert op de veranderlijke beweging van een eiwit. “De plant programmeert de stamcellen exact daar waar de twee systemen samenkomen, bijvoorbeeld in wortelpuntjes, pas gevormde zijwortels en tijdens regeneratie (herstel) van beschadigde wortels,” licht Scheres toe. “Deze kennis zal ons uiteindelijk helpen om de architectuur van de plant aan te kunnen passen en dat levert allerlei toepassingen op die we kunnen gebruiken in de land- en tuinbouw.”
Met dit werk komen drie lijnen van jarenlang fundamenteel onderzoek bij elkaar. De eerste lijn: het hormoon auxine en stamcellen (via de PLT genen). Een systeem van positiebepaling dat van boven naar beneden werkt en de ontwikkeling van de stamcellen beïnvloed. “Die kennis hebben we samengevoegd met uitkomsten van een onderzoek naar de rol van de vaatbundel in stamcelaanleg (via het SHR gen). Dat systeem van positiebepaling werkt juist van binnen naar buiten.” Een derde lijn van onderzoek heeft te maken met het aanschakelen van één van de best beschreven stamcellen, 'organisatie genen' (WOX5), die een sleutelrol hebben in het behoud van stamcellen in de wortels.
Stamcellen in wortelpuntjes
In de landbouw wordt continu gezocht naar mogelijkheden om gewassen te ontwikkelen met een hogere opbrengst en productie. “Een goed begrip van de groei en ontwikkeling van de plant zijn hierbij essentieel,” zegt Scheres. “Als je een wortelpuntje afsnijdt, kun je de stamcellen onder de microscoop gewoon zien zitten. Met het nieuwe onderzoek begrijp je echt hoe nieuwe stamcellen worden geprogrammeerd. De kennis die we met dit onderzoek hebben opgedaan zal ons ook helpen om regeneratie (herstel) van planten uit delende cellen - een belangrijk proces in de tuinbouw - heel precies te sturen door de genen te sturen.”
De volgende stap voor het onderzoeksteam is het daadwerkelijk aanpassen van de architectuur van een gewas. “Hiervoor hebben we een aantal ideeën, waar ik nu nog niets concreets over kan zeggen. In de toekomst kunnen we aan de tekentafel wellicht zeggen: ‘zo kunnen we meer en dikkere wortels maken’ of ‘zo kunnen we alle bladeren op een rij zetten.’