Judith Goeree
Terwijl grote delen van Spanje steeds vaker kampen met watertekorten, zoeken wetenschappers naar manieren om gewassen weerbaarder te maken tegen langdurige droogte. Onderzoekers van de Spaanse onderzoeksraad CSIC denken nu een belangrijke stap te hebben gezet. Na jaren van onderzoek hebben zij een moleculair mechanisme blootgelegd dat bepaalt hoe planten reageren op een tekort aan water.
In het kort
- Spaanse onderzoekers ontdekten hoe planten droogte waarnemen op moleculair niveau.
- Vijf aminozuren bepalen hoe sterk een plant reageert op watertekort.
- De ontdekking kan helpen bij de ontwikkeling van droogteresistente gewassen.
- Spanje kampt steeds vaker met droogte en lage waterreserves.
- De resultaten zijn gepubliceerd in het wetenschappelijke tijdschrift PNAS.
De ontdekking biedt geen directe oplossing voor de droogteproblematiek, maar kan op termijn wel bijdragen aan de ontwikkeling van gewassen die beter bestand zijn tegen extreme omstandigheden. In een land waar landbouw steeds afhankelijker wordt van schaarse watervoorraden, zou dat een belangrijke doorbraak kunnen zijn.
De resultaten verschenen in het wetenschappelijke tijdschrift Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).
Het alarmsysteem van planten
Voor mensen is droogte zichtbaar aan verdorde bladeren en droge akkers. Voor planten begint het probleem veel eerder. Zodra de bodem minder vocht bevat, treedt een ingebouwd waarschuwingssysteem in werking.
Daarbij speelt het planthormoon abscisinezuur, meestal afgekort tot ABA, een hoofdrol. Deze signaalstof fungeert als een soort alarmbel. Het geeft de plant het signaal dat water schaars wordt en zet verschillende beschermingsmaatregelen in gang. Zo sluiten de huidmondjes in de bladeren zich gedeeltelijk om verdamping te beperken en wordt de groei tijdelijk afgeremd om energie en vocht te besparen.
Wetenschappers weten al langer dat ABA een cruciale rol speelt bij droogtestress. Minder duidelijk was waarom sommige planten veel sterker op dat signaal reageren dan andere.
Vijf aminozuren maken het verschil
Om die vraag te beantwoorden, richtten de onderzoekers zich op de eiwitten die het ABA-signaal ontvangen. Daarbij ontdekten zij dat vijf aminozuren een verrassend grote invloed hebben op de gevoeligheid van planten voor droogte.
Aminozuren zijn de bouwstenen van eiwitten. De vijf aminozuren die in dit onderzoek centraal staan, maken deel uit van receptoren die het droogtehormoon herkennen. Je kunt zo’n receptor vergelijken met een slot en het hormoon met een sleutel.
Kleine veranderingen in die vijf bouwstenen blijken voldoende om te bepalen hoe goed het slot reageert op de sleutel. Daardoor kan dezelfde hoeveelheid ABA bij de ene plant een krachtige reactie veroorzaken, terwijl een andere plant veel minder sterk reageert.
Volgens de onderzoekers vormt deze combinatie van aminozuren een soort moleculaire code die bepaalt hoe gevoelig een plant is voor waterstress.
Een erfenis uit een ver verleden
De studie laat zien dat dit mechanisme waarschijnlijk al zeer vroeg in de evolutie van landplanten ontstond. Toen planten honderden miljoenen jaren geleden vanuit het water op het land begonnen te groeien, kregen zij te maken met een nieuwe uitdaging: overleven buiten een permanente wateromgeving.
Volgens de onderzoekers ontwikkelden planten in die periode steeds verfijndere manieren om waterverlies te beperken en droge periodes te doorstaan. Het ABA-systeem groeide uit tot een van hun belangrijkste verdedigingsmechanismen.
Met technieken waarmee de driedimensionale structuur van eiwitten kan worden onderzocht, konden de wetenschappers achterhalen hoe deze receptoren functioneren en waarom sommige gevoeliger zijn voor droogtesignalen dan andere.
Wat betekent dit voor de landbouw?
De ontdekking betekent niet dat er binnenkort gewassen bestaan die zonder water kunnen leven. Ook droogteresistente planten, zoals de agave, olijfboom en de kikkererwt, blijven afhankelijk van regen of irrigatie. Het verschil is dat zij efficiënter omgaan met beschikbare watervoorraden en daardoor beter bestand zijn tegen droge omstandigheden.
Voor veel andere gewassen ligt dat anders. Maïs en rijst hebben grote hoeveelheden water nodig om goed te kunnen groeien. Tarwe en gerst zijn beter bestand tegen droogte, maar leveren bij langdurig watertekort vaak minder op.
Juist voor dit soort gewassen kan de nieuwe kennis in de toekomst van waarde zijn. Door beter te begrijpen hoe planten reageren op droogte, hopen onderzoekers gewassen te ontwikkelen die onder moeilijke omstandigheden langer productief blijven.
Waarom dit belangrijk is voor Spanje
Voor Spanje is de ontdekking zeer relevant. De afgelopen jaren kregen verschillende regio’s te maken met uitzonderlijk droge periodes, lage waterstanden in stuwmeren en beperkingen op irrigatie. Dat raakt niet alleen waterintensieve gewassen zoals maïs en rijst, maar ook traditionele teelten zoals olijven, amandelen en granen.
Vooral in Andalusië, Murcia en delen van Castilië-La Mancha ervaren boeren steeds vaker hoe kwetsbaar landbouw kan zijn wanneer regen uitblijft. Hoewel natte periodes tijdelijk verlichting kunnen brengen, verwachten veel klimaatonderzoekers dat droogte een blijvend kenmerk wordt van grote delen van het Middellandse Zeegebied.
De gevolgen reiken dan ook verder dan het laboratorium. Voor veel boeren draait het uiteindelijk om de vraag hoe zij ook in de toekomst voldoende kunnen produceren met minder beschikbaar water.
Geen wondermiddel
De onderzoekers benadrukken dat hun ontdekking geen kant-en-klare oplossing biedt voor het waterprobleem. Goed waterbeheer, efficiëntere irrigatiesystemen en maatregelen tegen klimaatverandering blijven noodzakelijk.
Toch zien de onderzoekers hun bevinding als een belangrijke stap vooruit. Nu beter bekend is welke moleculaire mechanismen een rol spelen bij de reactie op droogte, kunnen wetenschappers gerichter zoeken naar plantenrassen die van nature beter bestand zijn tegen watertekorten. Ook kan deze kennis worden gebruikt bij veredelingsprogramma’s die gewassen moeten voorbereiden op een warmer en droger klimaat.
De ontdekking laat zien dat een deel van de oplossing niet alleen gezocht hoeft te worden in stuwmeren, irrigatiekanalen of ontziltingsinstallaties. Ook de eigenschappen van de gewassen zelf spelen een rol. Terwijl Spanje zoekt naar manieren om zich aan te passen aan een warmer en droger klimaat, biedt deze fundamentele ontdekking onderzoekers een nieuw aanknopingspunt om de landbouw weerbaarder te maken.