Onderzoekers van de leerstoelgroepen Biochemie en Biometris, beide onderdeel van Wageningen UR, hebben laten zien dat een simpel wiskundig model de groei kan voorspellen van de wortel en stengel van de zandraket, een plant uit de koolfamilie. Het model is opgesteld op basis van metingen van de wortelgroei in de eerste paar dagen na het kiemen van de zaden. De kennis uit dit systeembiologische onderzoek is ook van belang voor andere koolsoorten.
De zandraket (Arabidopsis thaliana) is een plant uit de familie van de Brassicaceae, waartoe ook allerlei productiegewassen horen, als kool, koolzaad, radijs, rucola en mosterd. De zandraket is een klein onooglijk plantje dat in het veld eigenlijk alleen maar als onkruid wordt gezien. Voor wetenschappelijk onderzoek is het van onschatbare waarde, onder andere omdat het volledig genoom, het totale DNA, bekend is. Wereldwijd verschijnen er dagelijks wetenschappelijke artikelen over Arabidopsis thaliana.
Dit systeembiologisch onderzoek naar de groei van kiemplantjes is bijzonder vanwege de samenwerking tussen biochemici, die de experimenten doen en wiskundigen, die het model opstellen en optimaliseren. Door resultaten van laboratoriummetingen en modelberekeningen over en weer op elkaar af te stemmen, hebben ze kunnen ontrafelen hoe het genetisch netwerk functioneert dat de groei regelt van de eerste wortel en scheut na het ontkiemen van het zaad.
Het begint met een groeihormoon dat in de plant zelf wordt gemaakt, brassinosteroide. Dat hormoon wordt chemisch gebonden aan de BRI1-receptor, een eiwit in het celmembraan van bepaalde cellen in de plant. Het hormoon bindt aan de buitenkant van de cel en de receptor gaat dan reageren met eiwitten binnenin de cel. De receptor geeft als het ware het signaal van het hormoon door. De eiwitten binnenin de cel reageren dan met het DNA in de celkern. Het DNA stimuleert of onderdrukt op zijn beurt de productie van andere eiwitten die belangrijk zijn voor de groei van de plant. Dit ingewikkelde meet-en-regelsysteem heet een genetisch netwerk. Netwerken als deze vormen de basis van de groei en het functioneren van alle levende organismen.
De onderzoekers gebruikten een aanpak waarbij de eerste stap, de binding van het hormoon aan de receptor, direct wordt gerelateerd aan de groei zonder alle details van het netwerk te gebruiken. Opmerkelijk genoeg bleek al die informatie niet nodig om het functioneren van dat netwerk vast te stellen; alleen de input, het hormoonsignaal en de output, de groei, is voldoende. Dat opent perspectieven voor situaties waar nog weinig kennis van het netwerk bekend is en dat is eigenlijk bijna altijd het geval.
De zandraket zélf heeft geen economische waarde. De kennis die onderzoekers verkrijgen uit onderzoek aan dit plantje kan wél worden gebruikt om bijvoorbeeld te achterhalen hoe je bijvoorbeeld kiemplanten van koolzaad beter kan laten groeien en daarmee uiteindelijk biodiesel of margarine goedkoper en milieuvriendelijker kan produceren.
Dit bericht komt uit de nieuwsbrief van de Plant Sciences Group van Wageningen UR. De Plant Sciences Group is een samenwerkingsverband van Plant Research International, Praktijkonderzoek Plant & Omgeving (PPO), Wageningen University Plantenwetenschappen en Wageningen UR Glastuinbouw
Voor meer informatie
Wageningen UR Plant Science Group (e-mail)
