Veel basisvoedingsmiddelen zoals granen en fruit zijn afkomstig van bloeiende planten. Bloemen worden gevormd uit groepen delende stamcellen aan de uiteinden van scheuten, en de deling van deze cellen stopt in een bepaald ontwikkelingsstadium zodra bloembestanddelen zijn gevormd. Een nieuwe studie door wetenschappers van het Nara Institute of Science and Technology (NAIST) biedt nieuw moleculair inzicht in de coördinatie van deze processen door het samenspel tussen twee genen te laten zien, KRABBENKLAUW en TORNADO2. De bevindingen, gepubliceerd in Natuurcommunicatie , de belangrijkste moleculaire gebeurtenissen beschrijven die moeten plaatsvinden opdat stamcellen stoppen met groeien en overgaan in de ontwikkeling van voortplantingsorganen. Ze laten zien dat het plantenhormoon auxine de overgang van celdeling naar vrouwelijke reproductieve ontwikkeling regelt.

"Beëindiging van de groei van bloemstamcellen en het begin van gynoeciumontwikkeling is ruimtelijk en tijdelijk strak gereguleerd. Ons belang is de coördinatie van deze twee gebeurtenissen, " legt NAIST-professor Toshiro Ito uit. De beëindiging van bloemstamcellen hangt af van de activering van twee genen, KRABBEN KLAUW en KNUCKELS. Het lab had al melding gemaakt van de invloed van KNUCKLES op stamcelbeëindiging, dus in het huidige werk, de focus lag op KRABBENKLAUW. Prof. Ito en assistent-professor Nobutoshi Yamaguchi bereidden zaden van de plant Arabidopsis thaliana met mutanten in CRABS CLAW en KNUCKLES.

De dubbele mutant leidde de wetenschappers tot de conclusie dat CRABS CLAW-regulatie van groeibeëindiging afhangt van de transcriptionele regulatie van het eiwit TORNADO2. "TORNADO2 reguleert de auxinehomeostase. Auxine is een plantenhormoon dat de groei van de stengeltop bevordert, " zegt Assist. Prof. Yamaguchi.

Inderdaad, ze ontdekten dat CRABS CLAW de expressie van TORNADO2 onderdrukt door te binden aan een evolutionair geconserveerd gebied in het TORNADO2-gen, wat suggereert dat deze interactie gebruikelijk is bij plantensoorten buiten Arabidopsis thaliana. Deze repressieve binding bleek verder de TORNADO2-expressie en dus de auxinedistributie in de bloemknoppen te beïnvloeden. De studie biedt een routekaart voor CRABS CLAW-coördinatie van de groeiterminatie van de bloemstamcellen en de ontwikkeling van het gynoecium.

"We ontdekten dat CRABS CLAW de homeostase van auxine moduleert door zijn interactie met het TORNADO2-gen. Dit resultaat beschrijft een elegante mechanistische link tussen stopzetting van de groei van bloemstamcellen en gynoeciumontwikkeling, " zegt Assist. Prof. Yamaguchi.

"Omdat bloeiende planten zo belangrijk zijn voor onze voedselvoorziening, een fundamenteel begrip van bloemontwikkeling zal helpen om het te verbeteren, Prof. Ito zegt. "Een dergelijk begrip heeft een belangrijke impact op de basisbiologie, en zou kunnen helpen bij het creëren van biotechnologische verbeteringen voor de productie van hoogwaardige gewassen."