Wat als wetenschappers menselijke psychiatrische ziekten in planten zouden kunnen bestuderen? Yale-onderzoekers denken dat het mogelijk is en hebben een belangrijke eerste stap gezet. In een studie gepubliceerd op 2 juni in Cellular and Molecular Life Sciences , onderzochten ze een gen dat erg op elkaar lijkt in zowel planten als zoogdieren en bekeken hoe het het gedrag in elk beïnvloedt.

Tamas Horvath, de Jean en David W. Wallace hoogleraar vergelijkende geneeskunde en senior auteur van de studie, denkt al een tijdje over deze mogelijkheid na.

"Jaren geleden begon ik geïnteresseerd te raken in het idee dat elk levend organisme enige homologie moet hebben, enige gelijkenis in hoe ze zijn of wat ze doen," zei hij.

Toen hij gedrag en mitochondriën begon te bestuderen - gespecialiseerde structuren in cellen die energie genereren - kwam dit idee steeds weer bij hem terug. Hij dacht dat als men mitochondriale genen bij dieren zou kunnen veranderen en zou kunnen zien welk gedrag veranderde, en dan hetzelfde zou proberen met vergelijkbare genen in planten, het uiteindelijk mogelijk zou kunnen zijn om menselijk gedrag beter te begrijpen door de studie van planten. Als je met dat idee nog een stap verder gaat, zegt Horvath, is het misschien mogelijk om bijvoorbeeld een schizofreenachtige plant te ontwikkelen.

"Als je zo'n model zou kunnen ontwikkelen, dan zou je alternatieve soorten hebben, niet alleen zoogdieren, waarmee je aspecten van menselijk gedrag kunt onderzoeken", zei Horvath, die opmerkte dat dit het doel is van vergelijkende geneeskunde, om te zien hoe niet -menselijke modellen kunnen worden gebruikt voor het bestuderen van menselijke omstandigheden.

Voor deze studie bestudeerden Horvath en zijn collega's een mitochondriaal gen (Friendly Mitochondria, of FMT) gevonden in een kleine bloeiende plant genaamd Arabidopsis thaliana en een zeer vergelijkbaar gen (Clustered mitochondria homolog, of CLUH) gevonden in muizen.

Mitochondriën reguleren belangrijke functies zoals het metabolisme en zijn van cruciaal belang voor het behoud van de gezondheid. Bij zowel planten als mensen kunnen disfunctionele mitochondriën de ontwikkeling beïnvloeden en tot ziekten leiden, waaronder neurodegeneratieve ziekten zoals de ziekte van Alzheimer, de ziekte van Parkinson, de ziekte van Huntington en schizofrenie bij de mens.

Voor de studie vergeleken de onderzoekers typische planten, planten zonder FMT en planten met overactieve FMT om de rol van het gen beter te begrijpen. Ze ontdekten dat het veel belangrijke kenmerken beïnvloedt, waaronder ontkieming of zaadontkieming, wortellengte, bloeitijd en bladgroei.

Ze keken ook naar twee belangrijke plantgedragingen.

De eerste was de zoutstressreactie. Te veel zout kan planten doden, dus hebben ze gedrag ontwikkeld om dit te vermijden. Wanneer er teveel zout in hun omgeving is, hebben planten de neiging de kieming te stoppen, de bloei uit te stellen en de wortelgroei te verstoren. De onderzoekers ontdekten dat FMT van cruciaal belang is voor dit zoutvermijdende gedrag.

Het tweede type plantgedrag dat ze onderzochten, staat bekend als hyponastisch gedrag - bewegingen gebaseerd op circadiane ritmes. "Planten worden enorm beïnvloed door circadiane ritmes, omdat licht de kritieke energiebron voor hen is", zegt Horvath.

Voor Arabidopsis omvat hyponastisch gedrag de manier waarop de bladeren de hele dag en nacht bewegen. Overdag zijn de bladeren platter en meer blootgesteld aan de zon. 's Nachts, als er geen zonlicht is om op te vangen, staan ​​de bladeren schuin omhoog. Horvath en zijn collega's ontdekten dat FMT ook een belangrijke rol speelt bij dit gedrag, door te reguleren hoeveel en hoe snel de bladeren bewogen.

Om dit in verband te brengen met zoogdieren, beoordeelden de onderzoekers een verscheidenheid aan muisgedrag, waarbij ze typische muizen vergeleken met die met verminderde CLUH, een gen dat erg lijkt op FMT. Met behulp van een gedragstest waarbij muizen in een open omgeving werden geplaatst, zagen ze dat muizen met minder CLUH langzamer waren en kortere afstanden aflegden dan hun tegenhangers.

"De muizen reageerden vergelijkbaar met de planten, met veranderde snelheid en veranderde algemene locomotiefactiviteit," zei Horvath. "Het is rudimentair, maar het geeft nog steeds aan dat je mitochondriaal-gerelateerde mechanismen kunt hebben die vergelijkbare functies in planten en dieren decoderen."

Hoewel er meer werk te doen is, is het een spannende eerste stap, zei hij. Planten zoals Arabidopsis en zoogdieren delen verschillende vergelijkbare genen en cellulaire processen, niet alleen FMT en CLUH.

"Het doel op lange termijn is om een ​​soort woordenboek te ontwikkelen dat deze overeenkomsten tussen planten en dieren catalogiseert en het te gebruiken om onderzoeksvragen robuuster te stellen", zegt Horvath. "Het is mogelijk dat deze plant in de toekomst kan dienen als een aanvullend modelorganisme voor gedragsonderzoek."