Planten meten schemering

Chronobioloog Devang Mehta (KULeuven) onderzoekt de dag-nachtritmes van planten en hoe die hun leven beïnvloeden. Zijn onderzoek richt zich op de moleculaire circadiane klok van Arabidopsis thaliana, familie van de kool en tevens de labrat van de plantenbiologen.

Niet alleen Arabidopsis, maar ook alle andere planten hebben zo’n circadiaan ritme in hun cellen. Daarmee kunnen ze hun levenswijze synchroniseren met de rotatie van de aarde. Om het ritme in te stellen, kunnen ze wel veertien genen nodig hebben. Eerder onderzoek toonde al aan hoe veranderingen in daglengte en temperatuur de klok kunnen resetten. Het onderzoek van Mehta bewees voor het eerst dat sommige klokgenen ook de lengte van de schemering meten.

De Leuvense onderzoeker en zijn collega's ontdekten dat verschillen in schemerduur zowel de groei als de tijd tot de bloei in Arabidopsis beïnvloeden. Een toename van de schemerlengte met dertig of zestig minuten zorgde voor dertig procent grotere planten, terwijl een grotere verlenging van de schemering met negentig minuten leidde tot kleinere planten die veel later bloeiden.

Vroeger of later bloeien

Sommige planten missen een aantal circadiane klokgenen, evenals lichtreceptorgenen die informatie aan de klok doorgeven. Mehta ontdekte dat deze zogeheten knock-out mutanten ongevoelig waren voor de duur van de schemering.

Volgens Devang Mehta is zijn ontdekking belangrijk voor de landbouw van de toekomst. ‘De klimaatverandering verschuift de productie van gewassen steeds meer naar het noorden. Op die nieuwe breedtegraden zullen ze zich moeten aanpassen aan langere schemering. Op de poolcirkel duurt de schemering veel langer dan bij de evenaar, en in de zomer is de schemering daar veel langer dan in de winter.’ Sommige zuidelijke gewassen groeien niet goed op noordelijke breedtegraden omdat hun circadiane klok zich niet kan aanpassen aan langere schemering en de kortere seizoenen. Daardoor bloeien ze vroeger of later dan gewenst.

De onderzoekers willen nu hun ontdekking dichter bij een toepassing brengen met nieuw onderzoek. Ze optimaliseren de plantenklok met CRISPR-Cas9 om planten aan te passen aan nieuwe breedtegraden. Tegelijkertijd onderzoeken ze innovatieve lichtschema's in de teelt. Traditioneel schakelen telers in plantenkassen en bij verticale kweek de lampen simpelweg aan en uit, zonder ze te laten schemeren. Een geleidelijke toename van licht zal nochtans waarschijnlijk een betere bloei en groei opleveren, terwijl telers besparen op elektriciteit.