De quinoaplant kan als model dienen om andere gewassen zouttolerant te maken. Het groeit goed op zoute gronden omdat het overtollige zout eenvoudig in speciale blazen op de bladeren wordt gedumpt.

Bodemerosie wordt beschouwd als een probleem dat de voeding van de menselijke bevolking in gevaar brengt. Een van de aspecten is bodemverzilting, die met name de droge gebieden van de aarde treft, waar boeren hun velden zwaar moeten irrigeren. Grote hoeveelheden van de zouten opgelost in het water, zoals natrium en chloride, diffunderen in de bodem en blijven daar nadat het water is verdampt. Het zout belemmert de gewassen en kan op den duur zelfs de bodem onvruchtbaar maken.

"Alle benaderingen tot nu toe om zouttolerante planten te kweken, moeten min of meer als mislukkingen worden beschouwd", zegt professor Rainer Hedrich, plantwetenschapper aan de Julius-Maximilians-Universität (JMU) Würzburg in Beieren, Duitsland. Ze waren allemaal gericht op het laten groeien van gewassen op zoute gronden en het identificeren van zouttolerante raslijnen in het proces. Maar deze aanpak kan niet werken.

En dat is niet voor niets:"Onze akkerplanten zijn het resultaat van vele jaren veredeling. In die tijd hebben de mens heeft hen beschermd tegen bijna alle negatieve milieu-invloeden, waardoor ze veel van hun natuurlijke veerkracht hebben verloren", legt Hedrich uit. "Zodra deze elitelijnen in contact komen met te veel zout, ze gaan meestal dood."

Zouttolerante planten dienen als model

Dus Rainer Hedrich, samen met professor Sergey Shabala (Universiteit van Tasmanië), om een ​​nieuwe strategie te ontwikkelen. De twee wetenschappers zetten hun weddenschap op planten die van nature zouttolerant zijn.

Een van die planten is quinoa ( Chenopodium quinoa ). Het komt uit de Andes, waar het is gebruikt als voedsel voor 7, 000 jaar. Ondertussen zijn de zaden van deze Zuid-Amerikaanse pseudo-graan, die vrij zijn van gluten en rijk aan vitamines, hebben hun weg naar het Europese supermarktschap gevonden.

De plant neemt zout uit de grond op en slaat het op in blaasvormige cellen op het bladoppervlak. Dit beschermt de zoutgevoelige stofwisselingsprocessen, en de plant kan zelfs op zoute gronden goed groeien.

Zonder blaascellen heeft quinoa last van zoutstress

De onderzoekers hebben een simpele manier gevonden om te bewijzen dat het echt de blaascellen zijn die zorgen voor de zouttolerantie van de plant. "Een paar lichte penseelstreken over een quinoablad zorgen ervoor dat de blaascellen eraf vallen", zegt professor Shabala. Ontdaan van hun zoutblazen, deze planten groeien op niet-zoute bodems net zo goed als niet-geborstelde exemplaren. Maar een blootstelling aan keukenzout belemmert hun groei aanzienlijk.

De ronde tot ovale blaascellen van quinoa hebben een diameter van bijna een halve millimeter. Het zijn echte reuzen in het plantenrijk, en kan meestal zelfs met het blote oog worden gezien. Hun opslagcapaciteit is tot 1000 keer hoger dan die van een normale cel van het bladoppervlak.

De prijs van zoutverwijdering is suiker

Om inzicht te krijgen in het "besturingssysteem" van quinoa en zijn blaascellen, de werkgroep van professor Jian-Kang Zhu (Universiteit van Shanghai) heeft het DNA van de granen uit de Andes ontcijferd. Het team van professor Hedrich vergeleek vervolgens de actieve genen van bladeren en blaascellen. De nodige bioinformatische analyses werden uitgevoerd door experts van de Universiteit van Shanghai en van het team van Georg Haberer van het Helmholtz Center München.

Het resultaat:ook zonder zoutbehandeling, er werken genen in de blaascellen die bij andere soorten alleen actief zijn als de plant onder stress staat. Ze omvatten transporters die natrium- en chloride-ionen in de blaascel vervoeren. Een stimulatie met zout activeert de activering van verdere genen die nodig zijn om het signaalpad voor het stresshormoon ABA te behouden.

Het opslaan van het zout kost energie. Deze energie wordt door de blaascellen opgewekt uit suikermoleculen die ze speciaal daarvoor uit het blad importeren. De blaascellen krijgen de benodigde energie van het blad en gaan heen en weer door het giftige zout te absorberen", legt Hedrich uit.

Zouttolerantie kruisen in gewassen

De nieuwe bevindingen zijn gepubliceerd in de Mobiele rapporten logboek. Ze moeten op lange termijn worden gebruikt voor de veredeling van zouttolerante planten. "De eerste stap is gezet", zegt professor Hedrich. "We zullen nu een combinatie van ontwikkelingsgenetica en de functionele analyse van zouttransporteiwitten gebruiken om de moleculaire mechanismen te begrijpen die de zouttolerantie in quinoa produceren en behouden."

Het JMU-onderzoeksteam wil leren van quinoalijnen die zijn uitgerust met een zeer groot of een zeer laag aantal zoutblazen. Het heeft een groot zwembad om uit te putten:er zijn tot nu toe ongeveer 2000 wilde en gecultiveerde variëteiten van de plant uit de Andes bekend. Het uiteindelijke resultaat van hun werk zou niet alleen de veredeling van quinoavariëteiten met een nog hogere zouttolerantie kunnen zijn, maar ook de kruising van zouttolerantiegenen in verwante gewassen zoals suikerbieten of spinazie.