VIB-UGent-onderzoek onthult hoe planten temperatuurstijgingen waarnemen

Een studie uitgevoerd door dr. Lam Dai Vu en professoren Kris Gevaert en Ive De Smet van VIB en de Universiteit Gent, samen met collega's van de Universiteit Utrecht, de North Carolina State University (VS) en het John Innes Centre (VK), onthult fundamentele inzichten in de manier waarop planten reageren op hoge temperaturen. De onderzoekers hebben het enzym MAP4K4/TOT3 geïdentificeerd als regulator van de temperatuurrespons die onafhankelijk is van lichtsignalen.

De resultaten van het onderzoek zijn gepubliceerd in het vaktijdschrift Nature Communications. Ze zijn relevant in de context van klimaatverandering, aangezien de ontwikkeling van temperatuurbestendige gewassen van cruciaal belang zal zijn voor het waarborgen van voedselzekerheid. 

Een onvolledig begrip van thermomorfogenese 

Levende organismen worden bijna allemaal blootgesteld aan dagelijkse of seizoensgebonden temperatuurveranderingen. Dieren kunnen bewegen of zweten om hun temperatuur binnen de perken te houden , maar omdat planten op hun plaats geworteld zijn, moeten ze hun groei, ontwikkeling en fysiologie voortdurend aanpassen aan temperatuurschommelingen. Planten reageren op hoge temperaturen door bepaalde structuren – zoals bladstelen of stengels – langer te maken of opwaarts te richten, waardoor ze koeler kunnen blijven. Dit proces, thermomorfogenese genaamd, werd voorheen uitsluitend gekoppeld aan de invallende lichtsignalen en de verwerking ervan door de plant. 

Het is bekend dat specifieke moleculaire sensoren planten in staat stellen temperatuurveranderingen op te merken. We weten echter nog weinig over hoe signalen in plantencellen de plantenstructuur kunnen beïnvloeden in respons op hoge temperaturen. 

Een nieuwe signaalroute 

Om deze signaalmechanismen in bloeiende planten te identificeren brachten de Gentse VIB-onderzoekers samen met hun internationale collega’s modificaties in specifieke eiwitten in kaart die optreden wanneer de planten worden blootgesteld aan hoge temperaturen. 

Ze identificeerden het eiwitkinase MAP4K4/TOT3 als een regulator van thermomorfogenese in zowel tweezaadlobbige als eenzaadlobbige planten – de twee fundamentele plantencategorieën. Bovendien geven hun onderzoeksresultaten aan dat dit signaal pad de thermomorfogenese reguleert onafhankelijk van andere routes, inclusief die voor lichtdetectie. 

Op weg naar klimaatbestendige voedselgewassen 

De klimaatopwarming heeft grote gevolgen op de plantengroei en de gewasopbrengst. De inzichten die deze studie aan het licht heeft gebracht, identificeren MAP4K4/TOT3 als een nieuwe hoofdrolspeler in de reacties van planten op hoge temperaturen en laten zien dat het ook interageert met verwante kinasen die verschillende rollen spelen in thermomorfogenese. Deze waarnemingen maken het onwaarschijnlijk dat er één reguleringspad is dat structurele veranderingen bij hoge temperaturen regelt. 

“Het waargenomen TOT3-complex heeft een groot potentieel voor de kennisgebaseerde teelt van gewassen die bestand zijn tegen hoge temperaturen en die kunnen bijdragen aan het in stand houden van de toekomstige voedselzekerheid in een opwarmend klimaat,” besluit prof. Ive De Smet. 

“In ons onderzoek hebben we de handen ineengeslagen met wetenschappers met expertise op het gebied van voedingsgewassen, namelijk tarwe en soja. Ik hoop dat onze resultaten dit soort samenwerking bij plantenonderzoek verder zullen bevorderen," zegt dr. Lam Dai Vu. 

De ontdekking komt een dag voor de internationale Fascination of Plants Day, een dag die in het teken staat van de wonderbaarlijk wereld van de planten. 

Publicatie

The membrane-localized protein kinase MAP4K4/TOT3 regulates thermomorphogenesis, De Smet et al., Nature Communications

Info

Prof. Ive De Smet (VIB-UGent)
Vakgroep Plantenbiotechnologie en Bio-informatica
M +32 472 17 92 31
ive.desmet@ugent.be