Als een bosbrand grotere planten verwoest, zien zaden van zogeheten vuurvolgers hun kans schoon: deze beschikken over een receptoreiwit dat bepaalde moleculen kan ‘ruiken’ die ontstaan in rook van verbrand plantenmateriaal, zogeheten karrikines. Het receptoreiwit, KAI2 genaamd, zet een signaalcascade in gang waardoor de zaden gaan ontkiemen.

Een team van onderzoekers onder leiding van Caroline Gutjahr, hoogleraar plantengenetica aan de TUM School of Life Sciences Weihenstephan, heeft nu ontdekt dat het ook een belangrijke rol speelt bij het reguleren van de groei van wortels.

Wortelharen vergroten het worteloppervlak

Om een groot oppervlak te verkrijgen waarlangs water en voedingsstoffen kunnen worden opgenomen, groeien de wortels van planten fijne wortelharen. José Antonio Villaécija-Aguilar, promovendus in het team van Caroline Gutjahr, heeft nu ontdekt dat KAI2 zowel nodig is voor de groei van deze wortelharen als voor de neerwaartse groei van wortels.

“Waarschijnlijk geldt dit niet alleen voor de distelcress (Arabidopsis), die bijna overal ter wereld te vinden is en door ons als modelplant wordt gebruikt,” zegt Caroline Gutjahr, “maar mogelijk ook voor veel andere planten, bijvoorbeeld graangewassen.”

Rookmoleculen doen wortelharen groeien

Om hun hypothese te toetsen, stelde het team van onderzoekers jonge arabidopsisplanten bloot aan de karrikinemoleculen zoals die in rook voorkomen. Hierdoor nam de groei van de wortelharen inderdaad aanzienlijk toe.

“Onze resultaten zijn ook interessant in het licht van de evolutie,” zegt Caroline Gutjahr. “Het is waarschijnlijk dat KAI2 aanvankelijk verantwoordelijk was voor het aansturen van bepaalde ontwikkelingsprocessen in alle planten, zoals bijvoorbeeld de ontwikkeling van wortelharen en soortgelijke structuren, in reactie op een tot nu toe onbekend plantenhormoon. In de loop van de evolutie van door vuur geactiveerde zaden heeft KAI2 vermoedelijk de extra eigenschap ontwikkeld om rook te detecteren.”

Gebruik in plantenveredeling

De bevindingen bevorderen niet alleen een grondiger begrip van hoe planten werken, maar kunnen ook van belang zijn voor toekomstige duurzame landbouw.

“Met dit nieuwe en betere begrip, van welke moleculaire mechanismen een rol spelen bij de ontwikkeling van wortels en wortelharen, kunnen we planten veredelen die beter in staat zijn om voedingsstoffen en water uit de bodem op te nemen,” aldus Caroline Gutjahr. “Dit kan gewassen bijvoorbeeld helpen om bestand te zijn tegen langere perioden van droogte, die in de toekomst wellicht vaker zullen voorkomen.”