Groente, fruit, of graan - het grootste deel van ons voedsel is het resultaat van plantenreproductie. Onderzoekers van UZH hebben nu de sleutel ontdekt tot hoe planten stuifmeelgroei en zaadvorming reguleren. Naast zaadvorming, kennis over deze signaalroutes kan worden gebruikt om plantengroei of hun verdediging tegen plagen te beïnvloeden.

Ongeveer 80 tot 85 procent van onze caloriebehoefte wordt gedekt door zaden, hetzij direct als voedsel, hetzij indirect door gebruik als diervoeder. Zaden zijn het resultaat van plantenreproductie. Tijdens de bloeiperiode, de mannelijke en vrouwelijke weefsels interageren op een aantal manieren met elkaar. Wanneer stuifmeel op het stigma van de bloem terechtkomt, het ontkiemt en vormt een pollenbuis, die dan snel naar de eierstok van de plant groeit. Zodra het een eicel vindt, de pollenbuis barst om zaadcellen vrij te maken, die de zaadknop bevruchten en zaadvorming initiëren.

Stuifmeelbuis interageert met vrouwelijk plantenweefsel

Onder leiding van Ueli Grossniklaus, professor aan de afdeling Planten- en Microbiële Biologie van de Universiteit van Zürich, een internationaal onderzoeksteam heeft nu aangetoond hoe de pollenbuis interageert met, en reageert op, vrouwelijk plantenweefsel. De pollenbuis doet dit door extracellulaire signalen (RALF-peptiden) uit te scheiden die hij gebruikt om zijn cellulaire omgeving te verkennen en zijn groei te reguleren. Twee receptoren op het celoppervlak stellen hem in staat de uitgescheiden signalen waar te nemen en naar de binnenkant van de cel door te geven.

Intracellulaire signalen reguleren de groei

In samenwerking met de teams van Christoph Ringli van UZH en Jorge Muschietti van de Universiteit van Buenos Aires, het team rond Grossniklaus kon vaststellen dat er nog meer eiwitten actief moesten zijn om de pollenbuis de signalen te laten herkennen:LRX-eiwitten. Deze eiwitten werden 15 jaar geleden in het UZH geïdentificeerd door Beat Keller en zijn onderzoeksgroep, maar hun functie was voorheen niet duidelijk. LRX-eiwitten zijn gelokaliseerd in de celwand rond plantencellen, waar de signalen kunnen aanmeren. "We vermoeden dat de pollenbuis veranderingen in de celwand onderzoekt door signalen uit te zenden en dienovereenkomstig te reageren, bijvoorbeeld door de groei opnieuw af te stemmen, ", zegt Ueli Grossniklaus. Het komt zelden voor dat planten signalen produceren en waarnemen met dezelfde cellen. De onderzoekers vermoeden dat hierdoor de pollenbuis, die extreem snel groeit, om sneller te reageren op veranderingen in zijn omgeving in plaats van afhankelijk te zijn van signalen van andere naburige cellen.

Moleculaire inzichten openen een breed scala aan potentiële toepassingen

De door de onderzoekers beschreven signaalroutes zijn betrokken bij veel andere basisprocessen, en kennis van hoe ze werken opent tal van mogelijke toepassingen voor plantenveredeling. "Door beter te begrijpen hoe deze eiwitten werken, we kunnen niet alleen de bestuiving en zaadvorming beïnvloeden, maar ook de ontwikkeling en groei van planten of hun verdediging tegen ongedierte, " concludeert Ueli Grossniklaus.