Alle levensvormen moeten zich aanpassen aan de omgeving waarin ze leven. Een opwarmend klimaat kan leiden tot frequentere droogte. Dit kan de biologische diversiteit van de aarde beïnvloeden.

Het klimaat heeft ook gevolgen voor de landbouw en alle planten waarvan we afhankelijk zijn voor voedsel.

Meer weten over hoe planten zich aanpassen aan droogte is daarom belangrijk voor de landbouw - en de rest van ons. Onderzoekers houden zich bezig met de zaak bij NTNU en andere instellingen. De resultaten kunnen ons helpen planten te kweken die beter bestand zijn tegen droogte.

Twee factoren beïnvloeden aanpassing

"Twee belangrijke factoren beïnvloeden het vermogen van planten om droogtestress te weerstaan", zegt Thorsten Hamann, een professor aan de afdeling Biologie van NTNU.

Stijve celwanden die de plantencellen omringen, geven ze structurele ondersteuning en verminderen het waterverlies wanneer de planten worden blootgesteld aan droogte. De tweede factor is abscisinezuur, een hormoon dat de aanpassing aan de droogte in alle landplanten reguleert.

"Hoewel plantencelwanden en abscisinezuur essentieel zijn voor het plantenleven, weten we heel weinig over de processen die de productie van abscisinezuur activeren en de celwandstijfheid reguleren", zegt Hamann.

Maar de planeet lijkt te veranderen, en het is belangrijk om de curve van stijgende temperaturen voor te blijven.

Toegepaste opkomende technologie

Hamann is momenteel op een onderzoeksresidentie aan de UCLA in Californië. Zijn onderzoeksgroep onderzocht twee modelplanten, zandraket (Arabidopsis thaliana) en gewone doperwten (Pisum sativum).

Modelplanten zijn plantensoorten die om verschillende redenen veel gebruikt worden in experimenten en daardoor vergelijkbare resultaten kunnen opleveren tussen verschillende onderzoeksprojecten. Een andere belangrijke reden voor hun gebruik is dat de cellen van modelplanten in slechts negen weken een volledige levenscyclus doorlopen, waardoor een snelle doorlooptijd voor het voltooien van experimenten met hen mogelijk is.

De onderzoekers pasten Brillouin-spectroscopie toe voor hun experimenten, een microscopietechniek die veel wordt gebruikt in de materiaaltechnologie, maar die ze konden aanpassen aan hun doel.

"We hebben deze techniek gebruikt om de kleine fluctuaties in de plantencellen te onderzoeken die de stijfheid van de celwand beïnvloeden en de processen die deze reguleren", zegt Hamann.

De onderzoeksgroep kwam ook tot resultaten die verrassend genoeg zijn om gepubliceerd te worden in de Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS ) Journaal.

Kan goed nieuws zijn voor de landbouw

"We hebben een moleculaire component geïdentificeerd die nodig is voor het moduleren van niet alleen de stijfheid van de celwand, maar ook voor de productie van abscisinezuur", zegt Hamann.

Deze moleculaire component wordt THE1 of Theseus1 genoemd. Oorspronkelijk werd hij gevonden in de zandraket, een van de soorten die de onderzoeksgroep ook deze keer onderzocht.

Ze kwamen tot nog interessantere resultaten door verschillende bevindingen uit onderzoeken naar celbiologie en de chemische processen achter het plantenmetabolisme te combineren.

"We ontdekten dat intacte celwanden absoluut noodzakelijk zijn om abscisinezuur te produceren in de planten die we hebben onderzocht", zegt Hamann.

Zonder hele celwanden functioneert het aanpassingsvermogen van de plant niet. Dit is belangrijk om te weten.

"Deze bevindingen bieden nieuwe mechanistische inzichten in processen die verantwoordelijk zijn voor de aanpassing van planten aan een veranderende omgeving en droogte", zegt Hamann.

Ze kunnen ook goed nieuws zijn voor de landbouw als ze ons kunnen helpen planten te kweken die beter bestand zijn tegen droogte.

Door onze kennis te vergroten "kunnen we de gewasopbrengsten beter verbeteren met behulp van op kennis gebaseerde benaderingen", zegt Hamann.