De oppervlakte van een blad is opgebouwd uit verschillende types cellen die opvallend goed georganiseerd zijn ten opzichte van elkaar. Het team van prof. Lieven De Veylder (VIB-UGent Center voor Planten SysteemBiologie) en collega’s van de universiteit van Sheffield hebben een belangrijke doorbraak gemaakt in het begrijpen van de ontwikkeling van de epidermis van een blad. De studie, gepubliceerd in Nature Plants, kan leiden tot planten die beter bestand zijn tegen klimaatverandering.
De opbouw van een blad
De oppervlakte van een blad (de blad epidermis) speelt een cruciale rol in het behouden van de waterbalans in de plant, het verzorgen van gasuitwisseling met de omgeving, verdediging tegen pathogenen en beschermen van de onderliggende cellen. Om al deze functies te kunnen uitoefenen, bestaat het epidermisweefsel uit verschillende cel types, zoals trichomen, stomata (de huidmondjes) en beschermende pavement cellen.
Huidmondjes en pavement cellen kunnen ontwikkelen uit dezelfde stomatale grondcellijn (SLGC). De verhouding van huidmondjes en pavement cellen is een belangrijke factor bij het bepalen hoe goed een plant kan omgaan met droogte. Vorig onderzoek toonde reeds aan hoe deze verschillende celtypes ontwikkelen en samenwerken, maar de genetische pathway verantwoordelijk voor de differentiatie van pavement cellen bleef grotendeels onbekend. Een nieuwe studie door Marieke Dubois en collega’s van het labo van Prof. Lieven De Veylder (VIB-UGent center voor planten systeembiologie) licht de sluier op.
Van grondcel naar pavement naar klimaatresistentie
Dankzij mutante Arabidopsis planten ontdekte het team dat de celcyclus inhibitor SIAMESE-RELATED1 (SMR1) cruciaal is voor de differentiatie van SLGCs naar pavement cellen. Met andere woorden, SMR1 stopt de hernieuwing van de stomatale grondcellijn en induceert zo de differentiatie van deze cellijn in pavement cellen.
Door het aanpassen van de expressie van SMR1 kunnen onderzoekers de verhouding van stomata en pavement cellen aanpassen zodat bladeren beter bestand zijn tegen veranderende klimaatcondities. Bijvoorbeeld, met een hogere hoeveelheid pavement cellen tegenover huidmondjes kan het verlies van water door verdamping beter gecontroleerd worden. Dit is zeer interessant bij grote droogteperiodes of andere uitdagingen bij een veranderend klimaat.
Dr. Marieke Dubois: “We hebben een tot voordien onbekende genetische pathway ontdekt die de vorming van pavement cellen in de blad epidermis bepaalt. Door SMR1 als een kritische regulator in dit differentiatieproces te bepalen, kunnen we de hoeveelheid huidmondjes in het blad reguleren. Dit opent deuren voor nieuwe mogelijkheden om planten te ontwikkelen die beter bestand zijn tegen klimaatverandering.”
Prof. Lieven De Veylder valt bij: “Door zich te richten op SMR1 kunnen onderzoekers tools en strategieën ontwikkelen die resistentie tegen stress in planten verhoogt, en onze agriculturele duurzaamheid verhoogt.”