Organismen groeien om te passen in de beschikbare ruimte en hulpbronnen in hun omgeving, wat leidt tot een enorme diversiteit aan lichaamsgroottes en vormen binnen een populatie van dezelfde soort. Wat zijn de genetische en fysiologische mechanismen die bepalen hoe groot een organisme kan worden?

Bij insecten en zoogdieren zijn de cellulaire en moleculaire factoren die ten grondslag liggen aan de lichaamsgrootte goed ingeburgerd. Maar in planten heeft dit proces wetenschappers generaties lang in verwarring gebracht. Hoe een plant de grootte bepaalt waarin hij groeit, is een fundamenteel onderdeel van zijn ontwikkelingsprocessen en heeft invloed op de kans op succes in een bepaalde omgeving.

"Het is van cruciaal belang om te begrijpen hoe planten hun totale grootte tijdens de ontwikkeling beheersen", zegt Sue Rhee van Carnegie, die een team van wetenschappers leidde die dit mysterie onderzochten. "Deze kennis kan ons helpen de landbouwproductiviteit te verbeteren en de besluitvorming over landgebruik te sturen, vooral omdat veel milieuomstandigheden worden hervormd door klimaatverandering."

Het Carnegie-team - hoofdauteur Flavia Bossi, samen met Benjamin Jin, Elena Lazarus, Heather Cartwright en Yanniv Dorone - heeft een belangrijke doorbraak bereikt bij het beantwoorden van deze al lang bestaande vraag. Hun bevindingen zijn gepubliceerd in Development .

De sleutel tot het ophelderen van dit proces is de ontwikkelingsverandering van cellulaire proliferatie - deling die het aantal cellen verhoogt - naar cellulaire differentiatie - specialisatie in organen en weefsels.

Proliferatie stopt wanneer alle cellen in een orgaan zijn gedifferentieerd. Dit regelt het aantal cellen waaruit dat orgaan bestaat en op zijn beurt bepaalt de snelheid en duur van de orgaangroei de totale lichaamsgrootte van de plant.

"Dus wat we wilden weten was, hoe weet de plant wanneer hij de proliferatiefase moet verlaten?" zei Bossi.

Met behulp van een reeks geavanceerde onderzoekstechnieken kon het team vaststellen dat een voorheen niet-gekarakteriseerd gen dat ze CHIQUITA1 noemden, samen met verschillende vergelijkbare CHIQUITA-achtige genen, een cruciale rol speelt bij het handhaven van de timing van de overgang tussen proliferatie en differentiatie in de mosterd plant Arabidopsis thaliana. Ze ontdekten dat CHIQUITA1 ervoor zorgt dat de cellen een bepaald aantal keren prolifereren voordat ze differentiëren, wat een belangrijke stap onthulde in hoe de lichaamsgrootte van planten wordt gecontroleerd.

Bossi concludeerde:"Planten zijn van fundamenteel belang voor zoveel aspecten van het menselijk leven - van de voedselvoorziening tot biobrandstoffen, medicijnen, hout, textiel en meer. Als we begrijpen hoe ze zich ontwikkelen en hun grootte regelen als reactie op de omgevingsomstandigheden, kunnen we ons voorbereiden op een opwarmende wereld."

In tegenstelling tot het meeste onderzoek naar celproliferatie, werd dit werk gedaan op het niveau van de individuele cel, in plaats van op het niveau van de populatie, en het benadrukt hoeveel meer er te leren valt over de regels die de plantenbiologie beheersen.