Planten leren hun nageslacht hoe droogte en insecten de baas te zijn

Credit beeld: U of A System Division of Agriculture, Manish Gautam

Amerikaanse onderzoekers¹ gingen na hoe sojaplanten op lange termijn reageren op stressfactoren zoals droogte en insectenvraat. Hun resultaten laten zien dat planten hun antwoord op deze bedreigingen onthouden, en sneller reageren als een gelijkaardige situatie zich herhaalt. De planten geven die aangepaste stressrespons zelfs door aan de volgende generatie. Zaden van planten die stress overleefden, bevatten meer stikstof en eiwitten, wat hen robuuster maakt. De nieuwe generatie planten produceert ook meer bloemen en trichomen. Dat zijn minuscule haartjes die de plant beschermen tegen insecten.

'Planten bezitten een behoorlijk arsenaal aan verdedigingsmiddelen,' vertelt professor Alain Goossens, verbonden aan de UGent en het Vlaams Instituut voor Biotechnologie. Goossens is gespecialiseerd in het metabolisme van planten, en de impact van stressfactoren. 'Maar die mechanismen hoeven niet noodzakelijk de hele tijd actief te zijn, want dat kost een plant voeding en energie. Neem bijvoorbeeld rupsenvraat. Een rups proeft eerst aan een plant om te zien of die niet te bitter is. Voor zo'n enkele rups hoeft een plant niet alles uit de kast te halen aan verdedigingsmechanismen. Maar het stimuleert de plant wel om zich klaar te maken voor wanneer er meer rupsen opduiken.'

Epigenetische wijzigingen

Een adaptieve respons op stressfactoren verandert het DNA van de plant niet, maar gebeurt hoofdzakelijk via epigenetische mechanismen. Die beïnvloeden hoe een organisme het eigen DNA uitleest. Ze vormen een soort besturingssysteem van het DNA, legt Goossens uit. 'Planten onthouden zo wat te doen bij stresssituaties, voor het geval die zich later nog eens voordoen. Ze geven die informatie ook door aan hun zaden, hoogstwaarschijnlijk door overerfbare epigenetische veranderingen.'

'Bij zo'n verandering vindt er een chemische modificatie plaats waarbij een methylgroep zich hecht aan het DNA of aan de eiwitten die het DNA binden. Die adaptatie kan overgaan naar de volgende generatie. Zo krijgt die mee dat de ouderplant een bepaalde stressfactor heeft ondergaan, wat hen beter gewapend maakt wanneer ze met een soortgelijke dreiging te maken krijgen.'

Het doorgegeven over generaties van een stressrespons, zoals de onderzoekers vaststelden bij soja, is een voorbeeld van transgenerationele plasticiteit. Het inzicht dat deze epigenetische informatie overgeërfd kan worden, is relatief nieuw, aldus Goossens. 'We zien het evengoed in onze eigen proeven waarbij we in het lab planten verwonden om rupsenvraat na te bootsen. Zaad van de verwonde plant levert nakomelingen op die beter reageren op dezelfde stress. Het doorgeven van een dergelijke stressrespons kan eigenlijk alleen maar via epigenetica. Hoe dat exact gebeurt, weten we nog niet. Evenmin als het aantal generaties dat een verandering bewaard blijft.'

Ten koste van opbrengst

Het Amerikaans onderzoek gaat in op potentiële toepassingen van erfelijke stressresponsen voor de landbouw, zoals het 'harden' van planten in een vroeg groeistadium bijvoorbeeld. Overgeërfde weerbaarheid heeft echter ook een kost. De opbrengst van het gewas ligt lager. Dat zegt ook Goossens. 'Het constant aanschakelen van bepaalde defensieve mechanismen gaat ten koste van de groei en de opbrengst. Planten moeten ook kunnen reageren op omgekeerde omstandigheden. Bestand zijn tegen droogte is goed, maar wat als het veel regent? Bovendien begrijpen we de epigenetische mechanismen die aan de grondslag liggen van erfelijke stressresponsen gewoon nog niet voldoende om ze effectief toe te passen.'

Noten

1. Arkansas Agricultural Experiment Station