Hoe planten binnen een minuut reageren op aanraking en wind

Een tak die buigt in de wind, een blad dat wordt aangeraakt, een rups die begint te knagen: planten merken het allemaal. Ze kunnen niet weglopen, maar wetenschappers wisten al 25 jaar dat mechanische prikkels iets in gang zetten. Wat er precies gebeurde tussen de aanraking en de reactie van de plant, bleef tot nu toe onduidelijk. Onderzoekers van de Universiteit Lund in Zweden hebben die ontbrekende schakel nu blootgelegd, met behulp van het plantje zandraket (Arabidopsis thaliana), een verwant van mosterd en kool dat veel in laboratoria wordt gebruikt.

Het team ontdekte dat drie groepen eiwitten in een vaste volgorde worden geactiveerd zodra een plant wordt aangeraakt of beschadigd. Deze eiwitten heten MAP-kinases: moleculen die andere eiwitten kunnen 'aanzetten' door er een fosfaatgroepje aan te plakken, een proces dat fosforylering heet. De drie groepen — met de namen MAPKKK3/4/5, MKK4/5 en MPK3/6 — werken als een estafette: de eerste groep activeert de tweede, die op zijn beurt de derde in gang zet. Binnen zestig seconden na de aanraking staat de hele keten al aan.

Van seconde naar genetisch effect

Wat volgt is opmerkelijk: dit razendsnelle signaal beïnvloedt de activiteit van honderden genen. Die genen bepalen onder meer hoe de plant verder groeit. "Het is opmerkelijk dat een signaal dat binnen een minuut ontstaat zulke wijdverspreide effecten kan hebben," zegt Huy Cuong Tran, eerste auteur van de studie die deze week verscheen in het vakblad Nature Communications.

Herhaalde mechanische prikkels, zoals aanhoudende wind of steeds terugkerende vraat door insecten, kunnen de vorm, groei en verdediging van een plant blijvend veranderen. Dit verschijnsel staat bekend als thigmomorfogenese. Denk aan bomen die aan de kuststrook lager en steviger blijven door de constante windbelasting. De onderzoekers laten zien dat dezelfde MAP-kinaseketen die verantwoordelijk is voor de snelle eerste reactie, ook meebepaalt hoe de plant zich op de lange termijn aanpast.

Betekenis voor de landbouw

Olivier Van Aken, hoofdonderzoeker aan de Universiteit Lund, benadrukt dat het om fundamenteel onderzoek gaat. Er is nog geen directe toepassing in de landbouw, maar de bevindingen sluiten aan bij eerder onderzoek naar mechanische behandeling van gewassen. Zo bleek het gecontroleerd 'rollen' van graanvelden gewassen sterker te maken tegen legering (omvallen) en droogte. Een beter begrip van de onderliggende moleculaire route kan zulke technieken in de toekomst gerichter maken.

Volgens Viktor Johansson, promovendus bij het onderzoek, is de belangrijkste les dat planten allesbehalve passief zijn. "Ze houden voortdurend in de gaten wat er om hen heen gebeurt. Door de moleculaire mechanismen achter die signalen te begrijpen, snappen we beter hoe planten zich aanpassen aan veranderende omstandigheden, zoals klimaatverandering."