Een onderzoeksteam onder leiding van de Universiteit van Maryland (UMD) heeft een doorbraak bereikt in het begrijpen van hoe plantencellen groeien. Hun bevindingen, gepubliceerd in het tijdschrift Nature Plants, bieden waardevolle inzichten in de mechanismen die ten grondslag liggen aan celexpansie, een cruciaal proces voor de groei en ontwikkeling van planten.

Celexpansie is een fundamenteel proces bij de plantengroei, waardoor planten in omvang kunnen toenemen en verschillende structuren kunnen ontwikkelen. Tijdens celexpansie wordt de celwand, die fungeert als een stijve grens rondom de cel, losser, waardoor de cel water kan absorberen en groter kan worden.

Het onderzoeksteam, onder leiding van UMD's assistent-professor plantenwetenschappen, Xin Li, concentreerde zich op een groep eiwitten die expansinen worden genoemd en waarvan bekend is dat ze een cruciale rol spelen bij celexpansie door de celwand los te maken. Expansines worden door de cel uitgescheiden en dringen de celwand binnen, waar ze de bindingen afbreken die de componenten van de wand bij elkaar houden.

Met behulp van een combinatie van biochemische, genetische en beeldvormingstechnieken bestudeerde het team de functie van expansines in Arabidopsis thaliana, een kleine bloeiende plant die vaak wordt gebruikt als modelorganisme in de plantenbiologie.

Ze ontdekten dat expansines samenwerken met andere eiwitten, ook wel "xyloglucan-endotransglycosylasen" (XET's) genoemd, om celexpansie te vergemakkelijken. XET's zijn enzymen die helpen bij het herschikken en opnieuw verbinden van de componenten van de celwand, waardoor de wand kan uitzetten terwijl de integriteit ervan behouden blijft.

De onderzoekers ontdekten dat expansins en XET's op een gecoördineerde manier samenwerken om de celwandstructuur los te maken en te wijzigen, waardoor de cel water kan absorberen en groter kan worden. Deze gecoördineerde actie is cruciaal voor een efficiënte en gecontroleerde celexpansie.

Uit het onderzoek bleek ook dat de activiteit van expansins en XET's wordt gereguleerd door verschillende signalen en omgevingsfactoren. De toepassing van het plantenhormoon auxine stimuleert bijvoorbeeld de expressie van expansine- en XET-genen, wat leidt tot verhoogde celexpansie.

Dit onderzoek vergroot ons begrip van de moleculaire mechanismen die ten grondslag liggen aan celexpansie in planten aanzienlijk. Door de rol van expansins en XET's en hun regulering te verduidelijken, maken de bevindingen de weg vrij voor mogelijke toepassingen in de land- en tuinbouw. Het manipuleren van expansine- en XET-activiteit zou kunnen leiden tot de ontwikkeling van nieuwe strategieën om de groei en opbrengst van gewassen te verbeteren, of om de eigenschappen van plantaardige materialen die in verschillende industrieën worden gebruikt, te wijzigen.