Nieuw licht op activiteit van hormoon auxine in de plant

Illustratie: R2D2 wortel: Cellen waarin de kern geel oplicht (groen + rood) hebben weinig auxine. Hoe meer de celkernen in rood oplichten, des te meer auxine. 

Het hormoon auxine stuurt de groei en ontwikkeling van planten. Bij de vorming van nieuwe wortels, bladeren en bloemen speelt auxine een centrale rol en het zorgt er ook voor dat wortels naar beneden groeien. Het zichtbaar maken van waar en wanneer dit hormoon zijn activiteit uitvoert was tot voor kort lastig.

Inzicht in waar en wanneer auxine actief is in plantencellen is van essentieel belang om te begrijpen hoe dit hormoon de groei en ontwikkeling stuurt. In de vermeerdering van gewassen wordt auxine veel gebruikt om wortelvorming te bevorderen, maar de basiskennis over de activiteit van dit hormoon is onvolledig. In de afgelopen decennia zijn verschillende ‘reporter-genen’ ontwikkeld. Deze genen worden aangeschakeld wanneer auxine actief is. Dit is zichtbaar te maken met een lichtgevend eiwit in de cel.

Echter, deze reporter-genen lieten tot dusver slechts het puntje van de ijsberg zien, de plekken waar de activiteit van het hormoon het hoogst is. In een studie die het team van prof. Dolf Weijers van de leerstoelgroep Biochemie van Wageningen University begin 2014 in Cell publiceerde, vonden zij dat de DNA-elementen die voor de auxine reporter-genen werden gebruikt, niet optimaal zijn.

Zichtbare hormoonactiviteit

Zij ontwikkelden daarom nieuwe reporter-genen waarin zij het optimale DNA-element gebruiken. Planten met deze reporter-genen blijken inderdaad door de hele plant heen in veel meer cellen auxineactiviteit te tonen. Zo wordt auxineactiviteit zichtbaar in veel cellen waarvan bekend is dat auxine nodig is voor de ontwikkeling, maar waar met traditionele middelen geen activiteit kon worden aangetoond. Met dit nieuwe reporter-gen is niet enkel het puntje, maar de hele ijsberg te zien, waardoor de activiteit van het hormoon veel beter zichtbaar is, zoals het team beschrijft in het artikel in Nature Methods.

R2D2

De biochemici ontwikkelden daarnaast nog een andere ‘sensor’ om auxine aan te tonen in de cel. Een aantal jaar geleden toonden Franse onderzoekers aan dat de afbraak van een lichtgevend eiwit een indicator is voor de aanwezigheid van auxine. Dit lichtgevende eiwit wordt door veel onderzoekers gebruikt als auxine-sensor. Echter, het is erg lastig om de afwezigheid van een lichtgevend eiwit goed te interpreteren wanneer je niet weet hoeveel er geweest zou zijn zónder auxine. Daarom ontwikkelde Che-Yang Liao in team van prof. Weijers een nieuwe sensor, R2D2 genaamd, waarin in iedere cel twee verschillende lichtgevende eiwitten aanwezig zijn: één die wordt afgebroken in de aanwezigheid van auxine, en een ander dat niet wordt afgebroken. Door de verhouding van de twee eiwitten in de cel te meten kan veel nauwkeuriger worden bepaald hoeveel auxine er in de cel aanwezig is. De R2D2-sensor blijkt heel goed te werken, en maakt het zelfs mogelijk om concentratie-gradiënten van auxine aan te tonen. Deze gradiënten waren voorspeld op basis van computermodellen, maar konden nooit zichtbaar worden gemaakt!

Prof. Weijers verwacht dat het nieuwe reporter-gen en de nieuwe R2D2-sensor gretig aftrek zullen vinden onder collega-onderzoekers vanwege de nieuwe mogelijkheden die ze bieden om activiteit van het centrale auxinehormoon zichtbaar te maken. Daarnaast denkt Weijers dat het introduceren van de tools in gewassen veel inzicht zal geven in de precieze rol van auxine in vermeerderingsprocessen. Met die kennis kunnen efficiëntere procedures ontwikkeld worden.

Publicatie

Reporters for sensitive and quantitative measurement of auxin response, Liao, C.-Y., Smet, W., Brunoud, G., Yoshida, S., Vernoux, T., and Weijers, D. (2015) Nature Methods, Advance Online Publication, doi: 10.1038/nmeth.3279