Voor het eerst hebben onderzoekers het mechanisme gevonden dat voorkomt dat virussen de groeipunten van planten binnendringen, waar zich nieuwe cellen vormen. Deze zogenaamde meristemen zitten diep in de plant en worden beschermd tegen insecten die virussen op hun monddelen kunnen dragen. Maar er is nog een reden waarom virussen zo zelden het meristeem binnendringen:een moleculaire barrière die bestaat uit een familie van eiwitten die mitogeen-geactiveerde proteïnekinasen of MPK's worden genoemd, zoals de onderzoekers aantonen in het tijdschrift Science.

“Je kunt het meristeem zien als het ‘Heilige der Heiligen’ in een plant”, zegt Detlef Weigel, directeur van het Max Planck Instituut voor Ontwikkelingsbiologie in Tübingen en leider van het onderzoeksteam dat de ontdekking deed. "Het is de plek waar alle nieuwe cellen en organen worden gevormd. Daarom is de bescherming ervan zo belangrijk voor de plant."

Virussen kunnen de plant binnendringen via huidmondjes (kleine openingen in de bladeren waardoor de plant lucht kan uitwisselen met zijn omgeving) of via wonden in de plant. Eenmaal binnen bewegen ze zich van cel naar cel via plasmodesmata, kleine kanaaltjes die ze met elkaar verbinden. Deze kanalen zijn echter niet aanwezig tussen de meristeemcellen en de rest van de plant, waardoor het virus fysiek niet bij het meristeem kan komen. Maar naarmate het meristeem groeit, genereert het voortdurend nieuwe cellen, en in dat proces beginnen de meristeemcellen aan de randen zich te differentiëren – dat wil zeggen, om aanleiding te geven tot de verschillende celtypen waaruit de weefsels van de plant bestaan. En die differentiërende cellen vormen plasmodesmata voor hun aangrenzende niet-meristematische cellen. Het is die differentiatiezone tussen het eigenlijke meristeem en de rest van de plant die virussen zouden moeten oversteken als ze het meristeem willen infecteren.

In hun experimenten omzeilden de onderzoekers de fysieke barrière rond het meristeem en dwongen ze kunstmatig de expressie van virale bewegingseiwitten in meristeemstamcellen af. Verrassend genoeg verspreidden de virussen zich echter niet naar de meristeemcellen. ‘Als we alleen maar hadden gekeken naar de aan- of afwezigheid van de virale bewegingseiwitten, zouden we hebben geconcludeerd dat de virussen een andere weg naar het meristeem moeten hebben’, zegt Weigel. "Maar we zagen geen teken van het virus in het meristeem."

Verdere analyses toonden aan dat de eiwitten die verantwoordelijk zijn voor het blokkeren van de verspreiding van de virussen MPK's waren. Toen de onderzoekers de MPK-genen genetisch verstoorden, konden de virussen het meristeem binnendringen. Deze eiwitten, zo ontdekten de onderzoekers, signaleren het immuunsysteem van de plant om afweermechanismen te produceren die het virus beperken tot de differentiërende cellaag grenzend aan het meristeem. Als de MPK-eiwitten er niet zijn om het signaal te verzenden, wordt de afweer tegen het virus niet geproduceerd en kan het virus zich naar het meristeem verspreiden.

De bevinding onthult een geavanceerd niveau van virusverdediging dat vanaf de vroegste groeifasen in de plant is ingebouwd. Bovendien is uit het werk gebleken dat de beschermende MPK's deel uitmaken van een groter systeem dat de omschakeling regelt tussen meristeembehoud en differentiatie.

"Door de MPK-functie bij het beschermen van meristemen te bestuderen, hebben we ook nieuw inzicht gekregen in de regulatie van plantengroei en -ontwikkeling", zegt Weigel.