Het plantenleven vooruit- en terugspoelen

Eenjarige planten ontkiemen uit hun zaadje, groeien de hoogte in, vormen bloemen en zaden en gaan vervolgens dood. Dat gebeurt in een vaste volgorde met een ongeveer vaste tijdschaal. Leidse onderzoekers brengen daar verandering in. Zij ontdekten nieuwe genetische bestuurders van de levenscyclus. Door te spelen met die genen kunnen ze eenjarige gewassen meerdere malen oogsten of planten sneller zaden laten maken.

Moleculaire afstandsbediening

“Bij het verouderingsproces van planten onderscheiden we vier levensfases”, zegt Remko Offringa, hoogleraar plantengenetica aan de Universiteit Leiden en leider van het onderzoek. Een plant ontstaat als embryo in een zaadje en groeit daarna uit tot zaailing, volwassen plant en gaat tot slot over naar de voortplantingsfase.

De overgang van de ene naar de volgende levensfase wordt geregeld door twee genen. Het verjongingsgen AHL15 dat de Leidse onderzoekers ontdekten houdt de overgang tegen, terwijl de SPL verouderingsgenen juist de levenscyclus vooruit duwen. Die competitie zorgt voor een goed gebalanceerde groei en ontwikkeling. “Een plant moet lang genoeg de tijd krijgen om zich te ontwikkelen in iedere fase”, zegt Offringa.

Dit trucje kan helaas niet eindeloos herhaald worden, vermoedt Offringa. “Ik denk dat twee tot drie oogsten optimaal is. Daarna moeten boeren nieuwe gewassen planten.” Dat heeft vooral te maken met ziektes. Wanneer gewassen te lang op een veld staan, stapelen ziekteverwekkers zich op en verspreiden ze zich van plant naar plant. Verder is het nog maar de vraag hoeveel bloemen en vruchten zo’n gewas in de tweede ronde vormt. Er zijn bijvoorbeeld rijstsoorten die van nature tweemaal bloeien. Maar de tweede oogst levert minder zaden op. Toch zien de onderzoekers dat verschil niet in het laboratorium. “Daar werken we met zandraket”, zegt Offringa. “En vrucht- en zaadproductie kan nog wel eens verschillen per gewas.”

Stamcellen

De schakeling tussen de levensfases heeft alles te maken met stamcellen: cellen die zich oneindig kunnen blijven delen en zo nieuwe stengels met bladeren of bloemen vormen. Groepjes van deze cellen bevinden zich onder andere in de top van de plant en in de bladoksels.

Aan het einde van hun leven, zetten eenjarige planten al hun stamcellen om in bloemen en zaden. Dat is een eindig stadium, waarna de plant geen stamcellen over heeft om nieuwe stengels en bladeren te vormen. “Om eenjarige planten meerdere keren te laten bloeien, dwingen we de plant groepjes stamcellen te behouden”, zegt Offringa. Dat doen we met het verjongingsgen. Daarna groeien vanuit de stamcellen in bladoksels nieuwe stengels en bladeren. Op die manier laten de wetenschappers eenjarige planten, zoals de zandraket, meerdere keren bloeien.

Veredelaars en chrysantenkwekers

De moleculaire afstandsbediening werkt ook de andere kant op. Door de SPL verouderingsgenen aan te schakelen, of het verjongingsgen te onderdrukken, gaat de plant in een rap tempo door alle levensfases heen. Tijdbesparend voor plantenveredelaars die snel nakomelingen van planten in handen willen hebben om zo sneller een gewenste eigenschap in een plant of gewas te verwerven.

Een nadeel wanneer zo’n plant snel van de ene naar de andere levensfase doorschakelt is dat hij niet genoeg tijd heeft om zich volledig te ontwikkelen. “In ons onderzoek zagen we dat zulke planten kleiner bleven en weinig zaad maakten”, vertelt Offringa. Gelukkig maakt dat voor veredeling niet uit. Veredelaars hebben slechts een handjevol zaden nodig om mee verder te telen.