Op zoek naar de `roots' van de plantontwikkeling
Gepubliceerd op
12 juni 2013
Door
Wageningen University, Laboratory of Biochemistry
De hoogste woudreuzen en miniemste bloemplantjes ontwikkelen zich uit een embryo in het zaad. Vanuit dat prille stadium leiden stamcellen tot weefsels waaruit bladeren, stengels, wortels en bloemen ontstaan. Maar ook de stamcellen moeten eerst worden aangelegd. Hoe dat complexe proces zich
voltrekt vertelt prof. Dolf Weijers in zijn inaugurele rede bij de aanvaarding van het ambt van persoonlijk hoogleraar Biochemie aan Wageningen University, onderdeel van Wageningen UR op 13 juni. Prof. Weijers is de jongste hoogleraar in Wageningen.
- De social media buttons kunnen niet getoond worden - controleer uw instellingen
Hoe is de enorme vormenrijkdom in de plantenwereld te verklaren als de basis voor alle planten gelijk is, vraagt prof. Dolf Weijers zich af in zijn rede `The biochemical basis of plant development'. "Ongeacht of je een wortel, stengel of blad doorsnijdt, vind je drie basisweefsels: het
opperhuidweefsel (epidermis), steunweefsel en vaatweefsel", vertelt prof. Weijers. "Deze drie basisweefsels geven desondanks een verbazingwekkende diversiteit onder planten, want zowel tulpen als dikke eiken zijn eruit opgebouwd."
In zijn onderzoek probeert prof. Weijers met zijn medewerkers hier een vinger achter te krijgen. Hij richt zijn onderzoek op stamcellen waaruit de drie weefsels zich ontwikkelen. Dat is een complex proces dat zich voltrekt op een kleinere schaal dan de microscopische wereld van plantencellen
en waar de hulpmiddelen komen uit de biochemie, celbiologie en genetica. Immers, vele moleculen vormen cellen, en vele cellen bij elkaar vormen weefsels, die organen vormen en ten slotte het hele organisme, de plant. Maar een soortgelijk verhaal gaat op voor een dier of de mens.
Een cruciaal stadium in de ontwikkeling van een plant is het embryonale stadium in het zaadje. Het embryo meet niet meer dan een honderdste millimeter. Ergens tussen de bevruchting van de eicel en een ontkiemend zaadje vormen zich de stamcellen en de voorlopers daarvan in het plantaardige
embryo. Door onderzoek aan het embryo van het laboratoriumplantje zandraket (Arabidopsis thaliana) is komen vast te staan welke bestemming een delende embryocel heeft, maar ook van welke `begincel' of voorloper ze afkomstig is. Het hele traject was zo in kaart te brengen en het blijkt dat het
embryostadium van slechts vijftig cellen het cellulair beginstadium van de weefseldifferentie is.
Om hierin verder te komen is onderzoek nodig dat enkele `machten van tien' kleiner is: Het niveau van genen en eiwitten en hun moleculaire opbouw. Dit detailonderzoek heeft geleid tot de identificatie van belangrijke eiwitten die dit proces aansturen. Weijers noemt voorbeelden van een
communicatie-eiwit dat vanuit de stamcel naar de naburige cel gestuurd wordt, en van een combinatie van twee eiwitten die samen de richting van celdeling sturen. Uit dit laatste voorbeeld blijkt dat cellen volgens een simpele natuurkundige `regel' hun delingsvlak bepalen. De controle-eiwitten
zorgen ervoor dat van deze regel wordt afgeweken. Tenslotte laat Weijers zien hoe het bestuderen van de atomaire structuur van controle-eiwitten inzicht kan worden verkregen in hoe de juiste genen aangeschakeld worden om de stamcellen in het embryo aan te leggen. Deze voorbeelden maken
duidelijk hoe complex de plantenontwikkeling is, en de centrale boodschap is dat enkel door de gecombineerde studie op verschillende schaalniveaus de mechanismen van de plantenontwikkeling opgehelderd kunnen worden.