Onderzoekers waarschuwen voor in de toekomst vaker voorkomende extreme weersomstandigheden als gevolg van klimaatverandering. De huidige milieurampen, zoals de talrijke en bijzonder zware tropische orkanen dit jaar, bevestigen deze trend. Deze extreme weersomstandigheden gaan vaak gepaard met overstromingen, die steeds meer landbouwgrond raakt. Deze overstromingen worden een steeds groter probleem voor de teelt van gewassen, omdat de meeste intensief geteelde gewassen niet erg tolerant zijn voor te veel water. Grotere opbrengstverliezen worden zichtbaar. Tegelijkertijd, de druk op de beschikbare landbouwgrond om gewassen te produceren neemt snel toe in het licht van een groeiende wereldbevolking.

In deze context, CAU-onderzoekers in de onderzoeksgroep Plant Developmental Biology and Plant Physiology van het Botanical Institute van Kiel University kijken naar de effecten van wereldwijde klimaatverandering op plantengroei. Aan de hand van het voorbeeld van een modelinstallatie die veel in laboratoria wordt gebruikt, Arabidopsis thaliana, ook wel zandraket genoemd, promovendus Emese Eysholdt-Derzsó onderzocht hoe planten reageren op lage zuurstofstress als gevolg van te veel water. "In haar werk Eysholdt-Derzsó beschrijft voor het eerst hoe wateroverlast en het daarmee gepaard gaande zuurstoftekort de groeirichting van zandraketwortels verandert en ze ontcijferde welke genetische mechanismen de aanpassing van de plant bepalen, " benadrukte het hoofd van de onderzoeksgroep, Professor Margret Sauter. Het in Kiel gevestigde onderzoeksteam publiceerde deze nieuwe bevindingen onlangs in het onderzoekstijdschrift Plant Physiology.

Bodemomstandigheden die nat en dus zuurstofarm zijn, zijn voor de meeste planten levensbedreigend, omdat ze de wortels belemmeren om te groeien en voedingsstoffen op te nemen. Voor een bepaalde tijd, echter, ze kunnen zich aanpassen aan wateroverlast met verschillende beschermende mechanismen. De onderzoekers van Kiel University hebben nu onderzocht hoe zuurstoftekort de groei en de algehele wortelstructuur van zandraket beïnvloedt. Om dit te doen, ze stelden zeven dagen oude Arabidopsis-zaailingen afwisselend bloot aan verschillende zuurstofregimes:ze werden een dag geconfronteerd met zuurstofarme groeiomstandigheden, gevolgd door normale omstandigheden voor een dag. Uit de experimenten bleek dat de wortels probeerden te ontsnappen aan de zuurstofarme omstandigheden door opzij te groeien. Om dit te doen, de planten gebruiken een genetisch bepaald regulerend mechanisme dat de normale, wortelgroei naar beneden. In plaats daarvan, de wortels groeien horizontaal waar de kans groter is dat ze meer zuurstofrijke bodemgebieden bereiken. “We hebben kunnen aantonen dat dit proces omkeerbaar is. Zodra er voldoende zuurstof beschikbaar was, de wortels begonnen toen weer normaal naar beneden te groeien, " zei de hoofdauteur, Eysholdt-Derzsó.

De in Kiel gevestigde wetenschappers noemden dit hele proces 'wortelbuigen'. Ze waren in staat om de genetische regulatie te ontcijferen die ervoor verantwoordelijk is:vijf van de totale 122 leden van de ERF-transcriptiefactorfamilie van zandraket zijn verantwoordelijk voor de wortels die reageren op stress door te veel water. Ze activeren genen die zorgen voor een gerichte verspreiding van het plantengroeihormoon, auxine, in de wortels. Als gevolg hiervan, dit fytohormoon is asymmetrisch verplaatst in het wortelweefsel. Omdat auxine werkt als een remmer, de wortel groeit langzamer op plaatsen met hogere concentraties van het hormoon, waardoor de wortel buigt. De verdeling van auxine in de wortel en dus het triggeren van wortelbuiging kan worden gezien met een fluorescentie-auxine-marker.

Thale cress behoort tot de kruisbloemige plantenfamilie en is verwant aan koolzaad of verschillende koolplanten. Het is daarom zeer waarschijnlijk dat de bevindingen van het modelorganisme kunnen worden overgedragen naar verschillende gewassen. Toekomstig onderzoek zal helpen om het mechanisme van wortelbuiging ook bij andere planten verder te onderzoeken en te begrijpen. Het doel van de onderzoekers op lange termijn is om er mogelijk in te slagen de bevindingen over te dragen naar gewassen, om hun tolerantie voor wateroverlast in de toekomst te vergroten en zo landbouwopbrengstverliezen te verminderen.