Planten die de aarde bewonen, hebben het ongelooflijke vermogen om honderden jaren onafgebroken te groeien, en altijd naar het licht van de zon, dat hen de nodige energie geeft om te ontkiemen.

Aan de bron van deze groei liggen veranderingen in hun omgeving, zoals variaties in licht, temperatuur en vochtigheid. Maar nieuwe prikkels van de huidige klimaatveranderingen verstoren de normale groei van planten.

Als promovendus in de biochemie aan de Universiteit van Québec in Montréal ben ik geïnteresseerd in de structuur van plantaardige eiwitten en bestudeer ik de manieren waarop planten zich op moleculair niveau aanpassen aan omgevingsstress (droogte, kou, tekorten) om veerkrachtiger te selecteren varianten voor de landbouw.

De ongeëvenaarde levensduur van Pando

Het oudste bos ter wereld, Pando genaamd, is 80.000 jaar oud. Gelegen in Utah bevat het 40.000 genetisch identieke (klonen) bevende of trillende espbomen. De kolonie communiceert via een enkel rootnetwerk.

Pando wordt beschouwd als het oudste levende organisme ter wereld. Deze kolonie ontstond 30.000 jaar voor de eerste Homo sapiens in Europa gevestigd. Pando is daarom getuige geweest van de totaliteit van het moderne menselijk leven:de rijken van China en Rome, wereldoorlogen en ook van de grootste prestaties van de mensheid.

Niettemin zijn de populieren van de kolonie al 80.000 jaar niet non-stop gegroeid. Enerzijds wordt hun ontwikkeling georkestreerd door de seizoenen. Aan de andere kant moeten ze hun ontwikkelingsgroei beheersen in overeenstemming met hun behoeften en fysieke capaciteiten om externe agressies het hoofd te bieden. Door externe omgevingsprikkels te verstoren, heeft de huidige klimaatcrisis direct invloed op deze normale groeiregulatie.

Het geheim van plantengroei is begraven in de cel

Planten vormen naar behoefte nieuwe organen zoals bladeren, bloemen of wortels om te reageren op een externe prikkel uit de omgeving. Een verandering in de periode van blootstelling aan licht in de lente zorgt bijvoorbeeld voor bloei.

Deze stimuli richten zich op het DNA door specifieke genen te activeren voor de ontwikkeling van elk orgaan om een ​​volwassen plant te vormen. DNA is vergelijkbaar met een genenwoordenboek dat de code bevat voor de fysieke eigenaardigheden van de plant. Deze genen zijn de levende woorden die moeten worden gelezen om hun betekenis en de informatie die ze bevatten uit te drukken.

Van zaadontkieming tot bloemreproductie en de vorming van stengels, wortels en bladeren, alle stadia van plantontwikkeling en groei zijn te wijten aan een fenomeen van genlezen. Om de genen te lezen, zijn voor elk van de woorden specifieke activatoren nodig. Als de omgevingsomstandigheden veranderen en bevorderlijk zijn voor groei, dan positioneren deze activatoren zich aan de voorkant van het gen om het te lezen en uit te drukken, en leiden ze tot de specifieke groei van het orgaan dat door het gen wordt gecodeerd.

DELLA eiwitten bepalen groei

Planten kunnen het zich niet veroorloven om oneindig te groeien vanwege de energiekosten van groei. Bovendien stoppen planten, net als dieren die overwinteren, in de winter met groeien en slapen ze om het seizoen te overleven. Om dit te doen, blokkeren planten het lezen van genen dankzij beveiligingen die DELLA-eiwitten worden genoemd.

Deze eiwitten zijn alleen in planten te vinden en zijn gedurende de hele evolutie constant geweest. Ze komen vooral voor in mossen, varens, coniferen en bloeiende planten. DELLA's bevinden zich in de celkern, het dichtst bij DNA. Ze worden continu geproduceerd en kunnen genactivators blokkeren.

Om te rijpen, moeten planten de DELLA's vernietigen om de activatoren vrij te maken. Planten hebben een systeem ontwikkeld om deze eiwitten te labelen om hun lot in de cel te beïnvloeden op basis van hun behoeften. Om DELLA's af te breken, voegt de cel een klein eiwit, ubiquitine genaamd, aan het oppervlak toe. Ubiquitin werkt als een postzegel die de cel vertelt om de DELLA's af te leveren op een nieuwe bestemming, een "mobiele prullenbak", waar ze zullen worden afgebroken.

Klimaatstress blokkeert degradatie van DELLA

Overstromingen of droogtes nemen over de hele planeet toe. Door hun onbeweeglijkheid kunnen planten niet vluchten voor deze aanvallen van buitenaf. Deze nieuwe omgevingsparameters belasten wilde planten en landbouwgewassen door hun groei te verstoren, wat betekent dat ze hun energie moeten sparen om te overleven in plaats van te groeien, en de DELLA-eiwitten niet mogen afbreken.

Dit vereist dat de DELLA-eiwitten op een andere manier worden gelabeld, via een neef van ubiquitine, dat wetenschappers SUMO hebben genoemd. SUMO vervangt ubiquitine en dient als reddingsboei zodat het niet wordt afgebroken.

In feite wordt SUMO-etikettering gedaan op exact dezelfde plaats waar ubiquitine moet worden toegevoegd. Door de aanwezigheid van SUMO is het niet langer mogelijk om ubiquitine toe te voegen, waardoor planten ongunstige klimatologische omstandigheden kunnen overleven.

In de huidige klimaatcrisis is het belangrijk om dit plantengroeimechanisme te onderzoeken en te begrijpen in de hoop de duurzaamheid van landbouwgewassen te behouden. Onderzoekers werken actief aan het isoleren of selecteren van planten die SUMO snel kunnen activeren om te groeien onder ongunstige omgevingsomstandigheden.