Onderzoekers begrijpen hoe planten schaduw 'zien'

Die coördinatie tussen het 'oog' en de reactie van de plant was nog verrassend onbegrepen, merkte een team van Utrechtse en Wageningse onderzoekers toen zij computersimulaties van plantengroei verder wilden ontwikkelen.

Plantbiologen van de Universiteit Utrecht hebben die schaduwreactie nu stapje voor stapje weten te ontrafelen. Hun gezamenlijke resultaten worden 26 juni gepubliceerd in het wetenschappelijke tijdschrift PNAS.

'Vanwege de sterk groeiende wereldbevolking moeten we hard werken aan een steeds efficiëntere landbouw', licht onderzoeksleider Ronald Pierik van de Universiteit Utrecht het onderzoek toe.

Daarom willen onderzoekers weten hoe we gewassen maximaal kunnen laten groeien bij hoge plantdichtheden, maar dan concurreren planten met elkaar om licht. 'Door de combinatie van ons moleculaire plantenonderzoek met de Wageningse simulatiemodellen, kunnen we voorspellen wat wel en wat niet zal werken.'

Kennis ontbrak

Toen de onderzoekers hun simulatiemodel wilden uitbreiden met schaduwwerking, ontdekten zij dat fundamentele kennis over waarneming van licht door planten ontbrak. Bekend was dat planten reageren op overschaduwing doordat zij de verhouding tussen 'rood' en 'verrood' licht waarnemen.

Rood licht is essentieel voor de fotosynthese. Meer verrood licht betekent schaduw. 'Maar waar de plant precies die lichtkleuren waarneemt en verwerkt, wisten we nog niet', zegt Pierik. 'Uit ons onderzoek blijkt nu dat het waarnemen in alle delen van de plant gebeurt, maar dat de reactie daarop nogal verschilt.'

Het 'oog' bepaalt

Meer verrood licht op de punt van het blad zorgt dat dit blad omhoog beweegt, terwijl het op de steel alleen leidt tot een sterke lengtegroei van die steel. Daartussen treden beide reacties op: de steel groeit een beetje en de bladpunt beweegt een stukje omhoog. Het 'oog' bepaalt dus hoe de plant reageert.

Dat leidde weer tot nieuwe vragen. Waarom die verschillende reacties, afhankelijk van waar de kleurverandering wordt waargenomen? En hoe zorgt een plant dat een kleurverandering leidt tot een reactie ergens anders in de plant?

Verklarend model

Om de verschillen in reacties te verklaren, ontwikkelden de onderzoekers een model dat ze zowel testten met planten als in simulaties. Het verrood alarmsignaal van de bladsteel bleek bij lage plantdichtheden onnodige bladbewegingen te veroorzaken, die juist tot minder invang van rood licht leidden, terwijl de reactie bij hoge dichtheden te laat kwam om de schaduw te vermijden.

Verrood informatie van de bladpunt daarentegen bleek voor bijna alle plantdichtheden de nabijheid van buurplanten zeer goed te voorspellen. De bladpunt is dus de optimale locatie voor de 'oog-bladcoördinatie' als bladbeweging nodig is.

Vervolgens vroegen de onderzoekers zich af hoe de waarneming van de kleurverandering leidt tot het omhoog bewegen van een bladpunt of het groeien van een steel. Hun onderzoek bevestigt het vermoeden dat het hormoon auxine hierbij een cruciale rol speelt.

Zo blijkt veel verrood licht op de bladpunt te leiden tot veel aanmaak van het hormoon in die bladpunt. Vervolgens gaat het auxine op reis in de plant, om de noodzakelijke reacties in gang te zetten.