Je leest:

De sex-appeal van de embryozak

De sex-appeal van de embryozak

Auteur: | 19 juni 2003

Bij dieren en planten resulteert seks in bevruchting van de eicel door de spermacel. Bij dieren kennen we de activiteiten die leiden tot bevruchting, maar hoe ziet seks bij planten eruit? Nadat een stuifmeelkorrel op de stempel is geland vormt hij een buis die de spermacellen naar de eicel in de zaadknop moet vervoeren. Hoe wordt de buis tot de zaadknop aangetrokken en als de stuifmeelbuis bij de zaadknop aangekomen is hoe hebben ze dan seks?

Seks is de bekendste manier waarop planten en dieren zich vermenigvuldigen. Seks resulteert uiteindelijk in de samensmelting van een eicel en een spermacel. Bij mens en dier zijn de activiteiten die zullen leiden tot het samenbrengen van ei- en spermacel ons wel bekend uit de biologieles en/of persoonlijke ervaring. Deze activiteiten worden door de presentatoren van het radioprogramma “Ruud de Wild” samengevat in het woord “knallen”

Over de mechanismen die planten gebruiken voor hun reproductie weten we veel minder. Stuifmeelkorrels komen door insecten of door de wind terecht op de stempel van een bloem en vormen een buis die de spermacellen naar de eicel vervoert (zie animatie 1 en zie ook het Kennislink artikel “stempels zijn vet OK”). Als deze buis eenmaal gevormd is, groeit hij door een recht kanaal –de stijl- naar het vruchtbeginsel waar de zaadknoppen zitten. Eenmaal daar aangekomen, moeten de pollenbuizen van hun rechte pad afwijken om op zoek te gaan naar de ingang van de zaadknop waarin zich de eicel bevindt (zie animatie 2).

Animatie 1: Seksuele voortplanting bij planten (I): Flash animatie van de eerste stadia van seksuele voortplanting. Stuifmeelkorrels komen van het helmhokje terecht op de stempel. De stuifmeelkorrel vormt een buis die door de stempel naar beneden groeit naar het geleidend weefsel van de stijl.

klik hier om de animatie te starten

In dit artikel zal ik beschrijven hoe pollenbuizen de weg naar de ingang van de zaadknop kunnen vinden. Bovendien zal ik laten zien dat als zo’n pollenbuis eenmaal een zaadknop heeft gepenetreerd hij ook gaat “knallen.”

Animatie 2: Seksuele voortplanting bij planten (II): Flash animatie van de reis van de stuifmeelbuis van de stempel door de stijl naar de zaadknoppen in het vruchtbeginsel. In de top van de stuifmeelbuis worden de vegetatieve kern en twee spermacellen vervoerd.

klik hier om de animatie te starten

Pollenkorrels en embryozakken

Sex bij planten is een ingewikkeld gedoe. Om te beginnen gebruiken planten een aparte levenscyclus om hun seksuele reproductie uit te voeren. Deze levenscyclus bestaat uit twee mini-organismen die in de bloem verstopt zitten. Het ene organisme zit in de helmhokjes en heet mannelijke gametophyt. De mannelijke gametophyt is beter bekend onder de naam stuifmeel of pollenkorrel. De stuifmeelkorrel bestaat uit drie cellen: een vegetatieve cel die het hele proces van pollenbuisgroei aanstuurt en twee spermacellen voor de bevruchting. “Waarom twee spermacellen?” zul je misschien denken. Welnu, planten doen aan dubbele bevruchting, maar daarover vertel ik zodadelijk meer.

Afbeelding 3: Zaadknop met embryozak: De vrouwelijke gametophyt of embryozak wordt omgeven door de integumenten van de zaadknop. De embryozak bestaat uit zeven cellen: de antipodale cellen, de centrale cel, de zustercellen en de eicel.

Het tweede organisme betrokken bij de seksuele bevruchting is de vrouwelijke gametophyt. De vrouwelijke gametophyt wordt ook wel embryozak genoemd. De embryozak bevindt zich in de zaadknop in het vruchtbeginsel en bestaat uit zeven cellen: drie antipodale cellen, een centrale cel, een eicel en twee zustercellen (zie afbeelding 3). De eicel en de centrale cel worden door de twee spermacellen van de stuifmeelkorrel bevrucht (dit is die dubbele bevruchting waar ik het zojuist over had). De bevruchte eicel ontwikkelt zich verder tot een embryo en dus tot een nieuw jong plantje. De bevruchte centrale cel ontwikkelt zich tot endosperm. Dit is het voedingsweefsel voor het ontwikkelende embryo. De functie van de antipodale cellen is onbekend. De functie van de zustercellen is lange tijd onbekend gebleven, maar is onlangs opgehelderd. Ik zal hier beschrijven wat deze functie is en hoe deze ontdekt is.

Afbeelding 4: Bloem van Torenia fournieri: Deze sierplant kun je in de zomer bij ieder tuincentrum kopen. Minder bekend is dat deze plant vanwege haar naakte embryozakken wordt gebruikt als modelplant in voortplantingsonderzoek.

Naakte embryozakken

Onderzoek aan de embryozak wordt bemoeilijkt omdat zij ingepakt zit in de zaadknop in het vruchtbeginsel (zie afbeelding 3). Daarom was het tot nu toe ook onmogelijk om te zien wat de functie van de twee zustercellen is. Er bestaat echter een plantensoort waarbij de embryozak voor een groot deel uit de zaadknop steekt. Deze soort heet Torenia fournieri. In Nederland wordt deze plant vooral als sierplant verkocht je kunt hem ’s zomers in ieder tuincentrum kopen (zie afbeelding 4). In afbeelding 5 staat een zaadknop van Torenia afgebeeld en de uitstekende embryozak is goed te herkennen.

Afbeelding 5: Naakte embryozak van Torenia fournieri: Onder het lichtmicroscoop kun je goed zien dat de embryozak voor de helft uit de ovule steekt. In deze opname zijn de zustercellen goed te zien.

De sex-appeal van de embryozak

Een Japanse onderzoeksgroep onder leiding van Dr. Tetsuya Higashiyami is het gelukt zaadknoppen van Torenia in leven te houden buiten de plant. Op afbeelding 6 is mooi te zien dat de embryozakken in deze zaadknoppen heel goed pollenbuizen kunnen aantrekken. Dr. Higashiyama en zijn team hebben deze zaadknoppen gebruikt om uit te vinden welke cellen van de embryozak verantwoordelijk zijn voor de aantrekkingskracht op pollenbuizen. Omdat in de Torenia plant de eicel, de zustercellen en de centrale cel uit de zaadknop steken zijn zij gemakkelijk toegankelijk voor manipulatie. Dr. Tetsuya Higashiyama schakelde deze cellen één voor één uit en bepaalde vervolgens of de overgebleven embryozak nog steeds pollenbuizen kon aantrekken. Dat stukprikken deed hij niet met een naald maar met een zeer fijne laserstraal waarmee hij heel precies een bepaalde cel kapot kon stralen.

Afbeelding 6: De sex-appeal van de embryozak: De aantrekkingskracht van zaadknoppen op pollenbuizen is op deze foto goed te zien. Vrijwel alle pollenbuizen van de plant Torenia fournieri groeien in de richting van de zaadknoppen. Bron: Higashiyama et al. Science vol. 293 pp. 1480-1483. Alle auteursrechten blijven voorbehouden aan “The American Association for the Advancement of Science.”

Als hij met zijn laserstraal de eicel kapot maakte veroorzaakte dat geen verandering in de aantrekking van de pollenbuizen. Ook een vernietigde centrale cel veranderde niets aan de aantrekkingskracht van de overgebleven embryozak. Dit gold ook als de eicel èn de centrale cel beide vernietigd werden. Ook als een van beide zustercellen stukgemaakt werd gebeurde er nog steeds niets. Pas als beide zustercellen kapotgestraald werden verloor de embryozak haar aantrekkingskracht voor pollenbuizen.

Dit was natuurlijk een fantastische uitkomst van dit elegante onderzoek. De twee zustercellen die de eicel flankeren zorgen ervoor dat de pollenbuis de ingang van de zaadknop kan vinden en op die manier de dubbele bevruchting uit kan voeren. Deze uitkomst geeft belangrijke nieuwe inzichten in het reproductieproces van planten en werd daarom onlangs gepubliceerd in het gezaghebbende tijdschrift Science.

Knallende pollenbuizen

Nu bekend is dat de zustercellen eigenlijk de sex-appeal van de embryozak vormen kun je jezelf afvragen hòe deze cellen dat doen en wàt er gebeurd als de pollenbuis eenmaal de embryozak bereikt heeft. Op die laatste vraag heeft Dr. Higashiyama met behulp van de Torenia plant ook een antwoord weten te vinden. Juist omdat de zustercellen bij deze plant uit de zaadknop steken, zijn deze makkelijk te bekijken met een microscoop. Er kan dus heel goed gevolgd worden wat er gebeurd met die zustercellen als de pollenbuis eenmaal bij de zaadknop is aangekomen. Door een camera aan te sluiten op het microscoop kon hij een filmpje maken van een zaadknop terwijl zij seks heeft met een pollenbuis… een soort plantenporno dus eigenlijk.

Je kunt dit filmpje hieronder bekijken en kijk dan vooral eerst even naar het eerste frame van het filmpje (afbeelding 7) zodat je alle onderdelen in het filmpje goed kunt herkennen en volgen. Probeer eventueel met je Quicktime viewer het filmpje beeld voor beeld te bekijken om een betere voorstelling te krijgen van wat er gebeurt. In de film is goed te zien dat de pollenbuis de embryozak is binnengedrongen. De pollenbuis knalt vervolgens open en de spermacellen komen met de rest van de inhoud van de pollenbuis naar buiten. Dit gebeurt met zoveel kracht dat een van de zustercellen barst. Door deze gebeurtenissen zijn de spermacellen in de buurt van de eicel en centrale cel terechtgekomen en gaan ermee samensmelten.

Afbeelding 7: Filmpje van een “knallende” pollenbuis nadat deze de embryozak is binnengedrongen; in het eerste frame van het filmpje staan de pollenbuis en de verschillende cellen van de embryozak aangegeven. Let bij het afspelen van het filmpje op de teller. Als deze op 0:00.00.00 staat zie je dat de pollenbuis barst. Vervolgens stroomt de inhoud van de buis bij de zustercel naar binnen. Door de opgebouwde druk barst deze zustercel ook (tellerstand 0:00.01.20 – 0:00:01.26). Bron: Higashiyama et al. Plant Physiology vol. 122 pp.11-13 (2000). Alle auteursrechten blijven voorbehouden aan “The American Society of Plant Biologists.”

klik hier om het filmpje te starten

Seks bij planten is spannend

Door slim gebruik te maken van de juiste modelplant heeft Dr. Higashiyama een aantal prachtige vondsten gedaan. Zustercellen lokken de pollenbuis naar de ingang van de zaadknop. De pollenbuis gaat via die ingang bij de embryozak naar binnen en barst open. Op deze wijze worden de spermacellen bij de eicel en centrale cel afgeleverd. Het is nog onduidelijk hoe de zustercellen de pollenbuizen kunnen lokken en hoe de spermacellen uiteindelijk dat laatste stukje naar de eicel en de centrale cel toe zwemmen. Kortom, er zijn nog voldoende onbeantwoorde vragen over die ervoor zorgen dat het bestuderen van seks bij planten spannend blijft!

Auteursrechtelijke opmerking

Lezers mogen de afbeeldingen 6, 7 en 8 in dit artikel downloaden onder voorbehoud dat deze alleen voor persoonlijke, niet-commerciële doeleinden worden gebruikt. Deze afbeeldingen mogen niet worden gereproduceerd, doorgestuurd, gemodificeerd, gepubliceerd en/of verkocht zonder toestemming van de genoemde uitgevers.

Voor vragen of opmerkingen n.a.v. dit artikel kunt u mailen met:

Dit artikel is een publicatie van Nederlands Instituut voor Biologie (NIBI).
© Nederlands Instituut voor Biologie (NIBI), sommige rechten voorbehouden
Dit artikel publiceerde NEMO Kennislink op 19 juni 2003

Discussieer mee

0

Vragen, opmerkingen of bijdragen over dit artikel of het onderwerp? Neem deel aan de discussie.

NEMO Kennislink nieuwsbrief
Ontvang elke week onze nieuwsbrief met het laatste nieuws uit de wetenschap.