In een doorbraak die grote gevolgen zou kunnen hebben voor de landbouw, hebben biologen van de Universiteit van Californië, Davis, een moleculair verband ontdekt tussen de beschikbaarheid van voedingsstoffen en de plantengroei. De ontdekking, gepubliceerd in het tijdschrift Nature Plants, zou kunnen leiden tot nieuwe manieren om de biomassa van planten te stimuleren en de gewasopbrengsten te verbeteren.

Planten hebben een verscheidenheid aan voedingsstoffen nodig om te groeien, waaronder stikstof, fosfor en kalium. Deze voedingsstoffen zijn vaak beperkt aanwezig in de bodem, wat de plantengroei kan beperken. Het team van UC Davis ontdekte echter dat een eiwit genaamd TOR (doelwit van rapamycine) een sleutelrol speelt bij het reguleren van de plantengroei als reactie op de beschikbaarheid van voedingsstoffen.

TOR is een kinase, een enzym dat een fosfaatgroep aan andere eiwitten toevoegt. Het team van UC Davis ontdekte dat TOR een eiwit genaamd S6K1 fosforyleert, wat op zijn beurt een cascade van gebeurtenissen veroorzaakt die leidt tot verhoogde celgroei en celdeling. Wanneer voedingsstoffen schaars zijn, wordt de TOR-activiteit verminderd, wat leidt tot verminderde S6K1-fosforylering en langzamere groei.

"Onze bevindingen bieden een moleculaire verklaring voor hoe planten de beschikbaarheid van voedingsstoffen integreren met groei", zegt hoofdauteur van het onderzoek Dr. Jian-Kang Zhu, hoogleraar plantenbiologie aan UC Davis. "Deze kennis zou kunnen worden gebruikt om nieuwe strategieën te ontwikkelen om de gewasopbrengsten te verbeteren door TOR-signalering te manipuleren."

De onderzoekers ontdekten dat overexpressie van TOR in planten resulteerde in een verhoogde groei en biomassaproductie. Omgekeerd groeiden planten met verminderde TOR-activiteit langzamer en produceerden ze minder biomassa. Deze bevindingen suggereren dat TOR een belangrijke regulator is van de plantengroei en een potentieel doelwit zou kunnen zijn voor genetische manipulatie om de gewasopbrengsten te verbeteren.

De studie heeft ook implicaties voor het begrijpen hoe planten reageren op omgevingsstress, zoals droogte en een hoog zoutgehalte. Deze spanningen kunnen de beschikbaarheid van voedingsstoffen verminderen en leiden tot verminderde plantengroei. De onderzoekers ontdekten echter dat TOR-signalering planten kan helpen deze spanningen te tolereren en de groei te behouden.

"Onze bevindingen bieden een nieuw raamwerk om te begrijpen hoe planten de groei reguleren als reactie op de beschikbaarheid van voedingsstoffen en omgevingsstress", zegt Zhu. "Deze kennis zou kunnen leiden tot nieuwe strategieën om de gewasopbrengsten te verbeteren en de landbouw duurzamer te maken."

Het onderzoek werd ondersteund door de National Science Foundation en het Amerikaanse ministerie van Landbouw.