Planten-immuniteit, op maat geknipt
Een internationaal team wetenschappers uit Gent (VIB-UGent) en Basel (Universiteit van Basel, Zwitserland) heeft een link ontdekt tussen een groep enzymen en signalen in het immuunsysteem van planten. Deze nieuwe inzichten in het planten-immuunsysteem kunnen leiden tot de ontwikkeling van verbeterde gewassen en een toegenomen verantwoorde voedselproductie.
Wanneer cellen beschadigd worden, zenden ze alarmsignalen uit. Dit gebeurt in alle meercellige organismen, van planten tot mensen. Deze signalen activeren het immuunsysteem zodat dit infecties kan voorkomen, weefsels herstellen, en wonden genezen. In planten spelen korte eiwitfragmenten, of peptiden, hier een belangrijke rol in. Deze peptiden worden gemaakt uit ‘voorloper-eiwitten’ die op maat geknipt worden door proteasen, een specifiek soort enzymen.
Er zijn echter honderden van die proteasen, wat betekent dat het belangrijk is om te identificeren welke proteasen nu precies een rol vervullen in het planten-immuunsysteem. Door het verwonden van bladeren van de veelgebruikte laboratoriumplant Arabidopsis thaliana, konden de teams van prof. Frank Van Breusegem en prof. Kris Gevaert (beiden VIB-UGent), en prof. Emeritus Thomas Boller (University of Basel), vaststellen dat een klasse proteasen, gekend als metacaspasen, een belangrijke rol speelt in de planten-immuniteit. Deze metacaspasen staan onder controle van calcium en reguleren de vrijlating van immuun-stimulerende peptiden van het voorloper-eiwit PROPEP1. Om hun ontdekking te controleren, gebruikten de onderzoekers een plant met een mutatie in het gen van een belangrijk metacaspase. Deze plant kon geen immuunsignalen meer uitsturen. Dit bevestigde de bevindingen van de teams.
Om beter te begrijpen hoe snel en wijdverspreid het immuunsysteem in Arabidopsis werkt, beschoot de wetenschapper die het onderzoek leidde, dr. Simon Stael, de wortels van het Arabidopsis plantje met precisie-lasers. De reactie bleef niet lang uit. Volgens Simon Stael (VIB-UGent): "We waren dol enthousiast toen we zagen hoe snel de calciumgolven en PROPEP1-signalen mekaar opvolgden na de eerste lasersalvo’s." Het nieuw ontdekte proces kan als volgt samengevat worden: schade leidt tot hoge calciumniveaus in de cellen en dit activeert de metacaspasen. Deze metacaspasen bewerken PROPEP1, wat op zijn beurt de immuunreactie reguleert en de schade probeert te beperken.
Aangezien proteasen vaak meer dan één type eiwit bewerken, roept deze ontdekking een heleboel nieuwe vragen op. Welke andere processen in planten worden bijvoorbeeld nog beïnvloed door metacaspasen? Het is nu ook aangetoond dat we lasers kunnen gebruiken om heel gedetaileerd meer te leren over hoe planten reageren op schade. Maar vooral: gewasteelt heeft voornamelijk tot doel om een optimale groei, opbrengst en kwaliteit te garanderen, waarbij het soms verzwakte immuunsysteem wordt gecompenseerd door het gebruik van pesticiden. Dit onderzoek toont dat metacaspasen mogelijk op lange termijn gebruikt kunnen worden om verbeterde gewassen te kweken en het immuunsysteem van planten te versterken.
