Katholieke Universiteit Nijmegen

Ethyleen belangrijk voor overleving
Planten gebruiken omgevingssignalen om concurrenten op te merken Planten die dicht bij elkaar staan groeien versneld omhoog met een bijna verticale bladstand om boven hun buren uit te komen. Hiermee voorkomen ze dat ze in de schaduw terechtkomen. De planten blijken hun buren op tijd te `zien' doordat bepaalde kleuren (rood en blauw) in het licht veranderen, wanneer het door een buurplant wordt weerkaatst. Bijzonder is dat de planten elkaar ook nog kunnen `ruiken' doordat iedere plant een gas afgeeft (ethyleen) dat ook voor de buren als een groeihormoon werkt. Dat plantenhormoon ethyleen speelt een cruciale rol in het overlevingsproces, zo blijkt uit onderzoek van bioloog Ronald Pierik die op donderdag 2 oktober promoveert aan de Katholieke Universiteit Nijmegen. De eerste resultaten zijn onlangs gepubliceerd in het wetenschappelijke tijdschrift Plant, Cell and Environment (26-8:1229-1234).

Planten blijken de hoeveelheid licht te meten van specifieke kleuren, die selectief veranderen door de aanwezigheid van andere planten. Voor een goede groeireactie op die lichtsignalen zijn specifieke plantenhormonen nodig, waarvan het gas ethyleen er één is. Pierik ontdekte dat planten die geen ethyleen kunnen waarnemen ook slecht op de lichtsignalen reageren, waardoor ze de concurrentie om licht verliezen. In dit proefschrift werd het precieze belang van ethyleen bij het waarnemen van en reageren op buurplanten onderzocht. Hierbij werd gebruik gemaakt van twee planttypen, namelijk transgene tabaksplanten die door het inbouwen van een defect receptorgen ongevoelig gemaakt zijn voor ethyleen, en normale wildtype tabaksplanten.

Fysiologische en moleculaire processen
Wanneer planten dicht bij elkaar groeien, is de beschikbare hoeveelheid licht voor de individuele planten beperkt. Ze moeten er onderling om concurreren. Kleine verschillen in plantgrootte hebben grote consequenties voor de uitslag van deze competitie. Een plant die slechts een klein beetje langer is dan zijn concurrent, kan als eerste de bladeren boven die van de buur-plant plaatsen, waardoor die ongelimiteerd licht opvangt en de kleinere buurplant in de schaduw nagenoeg niets meer krijgt. Deze zogenaamde schaduwvermijdende reacties bestaan uit versnelde stengel- en bladsteelstrekking en het opklappen van bladeren, waardoor deze in een meer vertikale en dus hogere positie komen te staan. Voordat planten deze reacties vertonen, moeten ze waargenomen hebben dat er concurrenten in de buurt zijn. Dit doen ze met behulp van specifieke lichtreceptoren. De samenstelling van het licht verandert wanneer het wordt gereflecteerd door buurplanten. Nadat de verandering is waargenomen door deze lichtreceptoren, volgt een aaneenschake-ling van fysiologische en moleculaire processen die zorgen voor groei. Daarbij zijn verschillende plantenhormonen betrokken, waaronder nu ook het gasvormige ethyleen blijkt te horen. Bovendien kan dit gas zich ophopen in de dichte vegetatie en op die manier aan buurplanten een signaal geven dat er concurrenten in de buurt zijn.

Vergelijkbare reacties, andere achterliggende redenen Kennis van fysiologische en moleculaire mechanismen in planten kan helpen om de verspreidingspatronen van plantensoorten in het veld te begrijpen. In uiterwaarden van rivieren is de vegetatie erg tolerant voor overstroming, en bij deze tolerantie speelt ethyleen eveneens een belangrijke rol. Daarnaast roepen overstroming en schaduwvermijding bij de planten dezelfde reacties op: strekking en opklappen van bladeren. Men zou nu kunnen denken dat dezelfde mechanismen de reacties op de twee milieus reguleren. Een logische conclusie is dan dat planten die goed tegen overstroming kunnen, ook goede concurrenten om licht zouden zijn: het gaat immers om dezelfde reacties. Echter, het tegenovergestelde zou wel eens waar kunnen zijn. Overstromingstolerante planten hoeven nauwelijks om licht te concurreren, omdat buurplanten vaak ver weg staan. En soorten met een sterke concurrentiekracht maken zelden of nooit een overstroming mee en kunnen daar ook niet tegen. Vergelijkbare reacties van planten kunnen derhalve toch volstrekt andere onderliggende redenen hebben. En dat laatste onderzoekt Ronald Pierik nu in Utrecht.

Personalia
Ronald Pierik werkt als post-doc op de afdeling Ecofysiologie van Planten aan de Universiteit Utrecht. Hij combineert zijn kennis van plantenreacties op het gebied van schaduwmijding met de Utrechtse expertise over overstomingstolerantie om op moleculair, maar ook ecologisch gebied meer inzicht te krijgen in de mogelijkheden van planten om al dan niet te reageren op verschillende omgevingsprikkels.

Ethylene and plant neighbour detection, Ronald Pierik, promotie 2 oktober aan de KU Nijmegen.
22-9-2003