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 potentieel doelwit zou kunnen zijn voor genetische manipulatie om de gewasopbrengsten te verbeteren.

"Onze studie biedt een basis voor toekomstig onderzoek gericht op het begrijpen hoe de beschikbaarheid van voedingsstoffen de plantengroei reguleert", aldus Dr. Zhu. "Dit onderzoek zou kunnen leiden tot de ontwikkeling van nieuwe meststoffen, irrigatiepraktijken en gewasvariëteiten die de voedselproductie kunnen verbeteren."

Naast de implicaties voor de landbouw, zou de ontdekking ook gevolgen kunnen hebben voor de menselijke gezondheid. TOR is een belangrijke regulator van de celgroei en het metabolisme bij zowel dieren als planten. Ontregeling van TOR-signalering is in verband gebracht met een aantal ziekten, waaronder kanker en diabetes. De bevindingen van het UC Davis-team zouden kunnen leiden tot nieuwe inzichten in de rol van TOR in de menselijke gezondheid en ziekte.