Studie laat zien hoe hormoon sucrose-ontwikkeling bevordert

Chemische rijpen met groeiregulatoren wordt veel gebruikt in de suikerrietteelt in Brazilië om het sucrosegehalte te verhogen en de plantengroei te vertragen om de oogst te rekken en het malen uit te stellen, wat de oogst en de winstgevendheid van plantage-eigenaren verhoogt.

Een groep onderzoekers aan het Biologie Instituut van de Universiteit van Campinas (IB-UNICAMP) in de staat São Paulo hebben in samenwerking met collega's van het Agronomisch Instituut (IAC) en het Chemie Instituut van de Universiteit van São Paulo (IQ-USP) nu ontdekt hoe deze stoffen - die vergelijkbaar zijn met plantenhormonen - op het moleculaire niveau in suikerriet werken om de sucroseniveaus in de planten te verhogen.

De studie is voortgekomen uit het doctoraatsonderzoek van Camila Pinto da Cunha dat werd ondersteund door een beurs van FAPESP en een onderzoeksproject dat door FAPESP werd ondersteund in het kader van het bio energie Onderzoeksprogramma (BIOEN). Een artikel over de studie is gepubliceerd in Scientific Reports, een online tijdschrift van Springer Nature.

Hoofdonderzoeker Marcelo Menossi van IB-UNICAMP: "We hebben genen geïdentificeerd die geactiveerd worden door een van de meest gebruikte groeiregulatoren, die mogelijk genetisch kunnen worden gemanipuleerd om te proberen een suikerrietsoort te ontwikkelen met een hoger sucroseniveau." De onderzoekers analyseerden de effecten op moleculair niveau van de toepassing van ethefon op in een kas geteelde suikerrietrassen.

Ethephon is een ethyleen afgevende verbinding. Het was de eerste groeiregulator gebruikt voor gewasbeheer en opslagkwaliteit bij vele landbouw-, tuinbouw- en bosbouwrassen. In het geval van suikerriet blijft het een van de meest gebruikte stoffen om rijping te bevorderen, de suikeroogst te verhogen, de bloei af te remmen en het oogstseizoen te verlengen.

De effecten van ethefon op suikerriet worden toegeschreven aan ethyleen, een plantenhormoon bekend om zijn rol bij vruchtrijping. Ethephon geeft ethyleen af wanneer het na het spuiten in de plant doordringt.

Volgens Menossi wordt ethyleen daarom beschouwd als de sleutel tot beter inzicht in de regulering van de overgang van plantengroei naar rietrijping: "Hoewel ethyleen bekend stond om de bijdrage aan sucrose-ontwikkeling was het niet duidelijk hoe de synthese en de werking van dit hormoon rietrijping beïnvloedde."

Om de werking van ethyleen in suikerriet voor rijping te bestuderen, bespoten de onderzoekers een door het IAC ontwikkeld suikerrietras met ethefon en aminoethoxyvinylglycine (AVG), een groeiregulator die bekend is om de afremming van ethyleenbiosynthese.

De sucrosegehaltes werden gemeten in monsters van het blad- en halmweefsel, vijf dagen na het bespuiten van de planten met één van de twee verbindingen en opnieuw na 32 dagen (tijdens de oogsttijd).

De analyse toonde aan dat de groeiregulator ethefon de sucrose-ontwikkeling stimuleerde. Met ethefon behandelde planten hadden hogere sucrosegehaltes tijdens de oogsttijd. Het sucrosegehalte in met AVG behandelde planten daalde daarentegen met 42%.

"Deze bevindingen bevestigen het belang van de aanwezigheid en de werking van ethyleen om rietrijping op te wekken," zei Menossi.

Om de werking van ethyleen op moleculair niveau te evalueren, analyseerden de onderzoekers de transcriptomen van de planten. Hiermee kunnen onderzoekers bepalen wanneer en waar specifieke genen in de cellen en weefsels van een organisme worden aan- of uitgeschakeld. De onderzoekers slaagden er niet alleen in om de ethyleendoelgenen te identificeren en de invloed van ethyleen te bepalen op de ontwikkeling van sucrose maar kwamen ook tot een moleculair model voor de interactie van ethyleen met andere hormonen.

Menossi: "Als je weet welke genen de groeiregulator moduleert zodat de plant de sucrose-ontwikkeling verhoogt, dan kun je ook genetisch de suikerriet verbeteren door rassen te ontwikkelen die deze genen meer aanmaken zonder het gebruik van bijvoorbeeld ethyleen. Daarnaast is het misschien mogelijk om suikerrietrassen te identificeren die deze genen het sterkst uitdrukken en om de werking van de groeiregulator te bevorderen omdat er rassen zijn die niet goed reageren op hormoontoepassing."