Sommige planten gedragen zich als het mythische monster Hydra:hak hun hoofd eraf en ze groeien terug, groter en beter dan voorheen. Een nieuwe studie stelt vast dat deze "overcompensatoren, " zoals ze worden genoemd, versterken ook hun defensieve chemie - denk aan plantengif - wanneer ze worden geknipt.

Knippen verwijdert de primaire stengel en simuleert wat zoekende zoogdieren doen als ze planten in het wild eten.

De studie, gerapporteerd in het journaal Ecologie , is de eerste die deze link vindt en herleidt tot drie onderling verbonden moleculaire routes. De ontdekking zou kunnen leiden tot de ontwikkeling van nieuwe methoden om de plantengroei te stimuleren en tegelijkertijd de behoefte aan insecticiden te verminderen, aldus de onderzoekers.

"Je zou denken dat een plant ofwel veel defensieve chemicaliën zou produceren om te voorkomen dat hij wordt gegeten, of dat hij zijn energie zou steken in hergroei nadat hij is opgegeten - maar niet beide, gezien zijn beperkte energie, " zei afgestudeerde student Miles Mesa, die het onderzoek leidde met Ken Paige, hoogleraar dierbiologie aan de Universiteit van Illinois. "Maar we ontdekten dat de planten die overcompenseerden - met een hoger reproductief succes na te zijn beschadigd - ook meer defensieve chemicaliën in hun weefsels produceerden."

Ongeveer 90 procent van de kruidachtige bloeiende planten is betrokken bij een proces dat endoreduplicatie wordt genoemd - het dupliceren van al het genetische materiaal in hun cellen zonder celdeling, aldus de onderzoekers. Dit proces vergroot de celgrootte, waardoor de planten snel kunnen herstellen van schade.

Elke ronde van endoreduplicatie verdubbelt de output van een cel. Het hebben van twee keer zoveel actieve genen betekent dat de cel meer eiwitten kan uitpompen die nodig zijn om cellulaire taken uit te voeren.

Sommige planten vermenigvuldigen hun genomen keer op keer als reactie op het bladeren. Een voorbeeld is scharlaken Gilia, een roodbloemige plant die groeit in het westen van Noord-Amerika en wordt bezocht door elanden en muilezelherten. Paige bestudeert de reacties op het eten.

"We zien een twee- en drievoudige toename van de opbrengst nadat het is gesnoeid - in hetzelfde seizoen, " hij zei.

Paige ontdekte overcompensatie en rapporteerde erover in 1987, maar hij zei dat bijna geen van zijn collega's in de plantenbiologie het geloofde. Het idee dat bladeren het reproductieve succes van sommige planten kan vergroten, is contra-intuïtief, zei Paige. Het duurde meer dan een decennium voordat de onderzoeksgemeenschap de wetenschap accepteerde; zelfs vandaag, bijna niemand anders in de plantenbiologie bestudeert de moleculaire biologie van overcompensatie.

De nieuwe studie richtte zich op Arabidopsis thaliana, een lid van de mosterdfamilie die vaak in onderzoek wordt gebruikt. Paige en zijn collega's hadden al de moleculaire route geïdentificeerd die endoreduplicatie in deze plant bevordert, samen met een belangrijke regulator van de endoreduplicatieroute, een molecuul genaamd ILP1.

De onderzoekers ontdekten dat door de expressie van het ILP1-gen te verhogen, ze kunnen de endoreduplicatie verhogen in genetische varianten van A. thaliana die normaal gesproken niet overcompenseren. Dit leidde tot een grotere zaadproductie in de veranderde planten en een verhoogde expressie van defensieve verbindingen in plantenweefsels, aldus de onderzoekers.

Dit is mogelijk omdat de moleculaire route die endoreduplicatie induceert, zich ook in twee andere routes voedt:de oxidatieve pentosefosfaatroute, voor het primaire metabolisme, en het shikimate-pad, die de chemische afweer van planten stimuleert, zei Paige.

"Er is een positieve feedbacklus, " zei hij. "Als je het aantal chromosomen vergroot door endoreduplicatie, je verhoogt de genexpressie, wat het vermogen van de plant vergroot om meer defensieve verbindingen en nucleotiden te produceren voor de DNA-productie om opnieuw te endoredupliceren."

De nieuwe bevindingen kunnen leiden tot vooruitgang in landbouwopbrengsten en vermindering van het gebruik van pesticiden, zei Paige.