In de plantenwereld bepaalt een moleculair getouwtrek wanneer poriën, huidmondjes genoemd, opengaan om de belangrijke processen van fotosynthese en transpiratie mogelijk te maken – en wanneer ze sluiten om waterverlies te voorkomen. Nieuw onderzoek van Carnegie's Wolf Frommer en collega's toont nu aan dat de "moleculaire schakelaar" van de huidmondjes een delicaat evenwicht is van krachten die worden gereguleerd door waterstofsulfidegas.

"Door precies te begrijpen hoe planten het openen en sluiten van hun huidmondjes controleren, kunnen we mogelijk efficiëntere strategieën voor watergebruik ontwikkelen om de steeds grilliger wordende klimatologische omstandigheden te weerstaan", legt Frommer uit.

Het onderzoek is gepubliceerd in de Proceedings of the National Academy of Sciences. Huidmondjes zijn minuscule poortwachterporiën die in bladeren en stengels worden aangetroffen en waardoor tijdens fotosynthese en transpiratie kooldioxide kan binnendringen en waterdamp kan ontsnappen. Het begrijpen van de moleculaire mechanismen die ten grondslag liggen aan hun regulering biedt inzicht in het vermogen van planten om omgevingsstress, zoals droogte en een hoog zoutgehalte, te tolereren, en zou wetenschappers in staat kunnen stellen gewassen te ontwikkelen met een verbeterde efficiëntie van het watergebruik.

Wetenschappers weten al tientallen jaren dat het plantenhormoon abscisinezuur (ABA) de sluiting van huidmondjes veroorzaakt als reactie op droogte of andere stress. Eerder werd gedacht dat ABA uitsluitend inwerkt op een molecuul dat bekend staat als het "langzame anionkanaal" (SLAH3) bij de huidmondjes om waterverlies te beperken.

Een onderzoek uit 2018 door het team van Frommer zette het al lang bestaande begrip van ABA-signalering echter op zijn kop. Ze ontdekten dat SLAH3 niet direct verantwoordelijk is voor de bewegingen van de huidmondjes, maar eerder de productie van waterstofsulfidegas reguleert, wat op zijn beurt het openen van de huidmondjes veroorzaakt.

Hun nieuwste onderzoek bouwt voort op deze bevinding en onthult het volledige beeld van hoe waterstofsulfide betrokken is bij stomatale bewegingen en hoe het interageert met ABA-signalering. Met behulp van een combinatie van fysiologische, biochemische en moleculaire technieken ontdekte het team dat ABA de SLAH3-kanaalactiviteit remt, waardoor de productie van waterstofsulfide toeneemt en de opening van de huidmondjes wordt bevorderd. Aan de andere kant sluiten de huidmondjes zich bij afwezigheid van ABA of onder omstandigheden die de waterstofsulfideniveaus verlagen.

"Onze studie stelt waterstofsulfide vast als een sleutelmolecuul dat de ingewikkelde coördinatie van stomatale bewegingen met andere omgevingsfactoren en omstandigheden bemiddelt, waardoor een moleculair mechanisme ontstaat dat planten gebruiken om externe stimuli te integreren met hun interne fysiologie", concludeerde Frommer.

De bevindingen kunnen implicaties hebben voor plantenveredeling en technische strategieën gericht op het verbeteren van de gewasprestaties onder verschillende omgevingsomstandigheden, waaronder droogte en een hoog zoutgehalte.