Wie gewend is om planten lekker veel water te geven kent het verschijnsel misschien wel: kleine druppeltjes sap die soms aan de bladrand verschijnen. Vooral zodra de zon onder is. Als planten via de wortels meer water opnemen dan ze weer kwijtraken via verdamping, dan kunnen ze met behulp van hun waterporiën, die aanwezig zijn op de bladrand, voorkomen dat hun interne waterdruk te hoog wordt. Een heel nuttig systeem – maar tegelijkertijd ook risicovol. Ziekmakende micro-organismen kunnen namelijk via deze sapdruppeltjes en de openstaande poriën het vaatstelsel van plant binnendringen.

Biologen vragen zich daarom al langere tijd af: hoe verdedigen planten zich hiertegen? Zijn die waterporiën – de wetenschappelijke naam is hydathoden – kwetsbare klieren zonder enige verdediging tegen schadelijke binnendringers? Of zijn ze juist zo geëvolueerd dat zij deel uitmaken van de verdedigingslinie van planten tegen ziekmakers?

Experimenten met Arabidopsis

Een team van onderzoekers van het Swammerdam Institute for Life Sciences aan de Universiteit van Amsterdam heeft bewijs gevonden dat het laatste het geval is. In het vaktijdschrift Current Biology beschrijven ze hun experimenten met de modelplant Arabidopsis en twee soorten schadelijke bacteriën. Arabidopsis, oftewel Zandraket, is verwant aan alle koolsoorten en andere eetbare planten uit de familie van de kruisbloemigen. De biologen ontdekten dat de waterporiën deel uitmaken van zowel de eerste als de tweede lijn van verdediging van de plant tegen bacteriën, oftewel betrokken zijn bij zowel de snelle eerste reactie als eventuele vervolgacties tegen de indringers.

Harrold van den Burg, die leiding gaf aan het team van onderzoekers, vertelt: ‘We hebben voor dit onderzoek gebruik gemaakt van Arabidopsis mutanten met problemen met hun immuunsysteem, waardoor ze gevoelig werden voor infectie met de bacteriën Xanthomonas campestris en Pseudomonas syringae. De keuze voor deze bacteriën komt voort uit het feit dat zij vaak problemen veroorzaken in de landbouw. In dit onderzoek werden ze ingezet om het immuunsysteem van planten te ontrafelen. Zo hebben we kunnen vaststellen dat twee eiwitcomplexen (voor de kenners: het gaat om BAK1 en EDS1-PAD4-ADR1) voorkomen dat de bacteriën zich in die waterporiën gaan vermenigvuldigen. Diezelfde afweerreactie voorkomt ook dat deze bacteriën verder de plant kunnen binnendringen. Bovendien ontdekten we dat als deze eerste lijn van verdediging optreedt, er vanuit de waterporiën  een signaal komt waardoor de plant hormonen gaat produceren die verdere verspreiding van de bacteriën in het vaatstelsel remmen.’

Bescherming van landbouwgewassen

Het team levert hiermee een belangrijk fundamenteel inzicht in hoe deze natuurlijk toegangspunten voor bacteriën geëvolueerd zijn en beschermd worden door het immuunsysteem van de plant. Op termijn kan dit mogelijk helpen om landbouwgewassen weerbaarder te maken te bacteriële ziekten. Van den Burg: ‘We gaan nog even door met deze lijn van onderzoek. We weten nu bijvoorbeeld dan wel welke eiwitcomplexen betrokken zijn bij het voorkomen dat bacteriën zich gaan vermenigvuldigen in de waterporiën, maar niet op welke manier dit gebeurt. Zorgen zij bijvoorbeeld voor de productie van antimicrobiële stoffen in hydathoden die de bacterie groei remmen? Dat is interessant om te weten. Hoe beter we dit begrijpen, hoe dichter we ook bij een mogelijke toepassing voor betere bescherming van landbouwgewassen komen.’

Details van de publicatie:

Misha Paauw, Marieke van Hulten, Sayantani Chatterjee, Jeroen A. Berg, Nanne W. Taks, Marcel Giesbers, Manon M. S. Richard, en Harrold A. van den Burg: Hydathode immunity protects the Arabidopsis leaf vasculature against colonization by bacterial pathogens, in: Current Biology, 1 februari 2023, doi: https://doi.org/10.1016/j.cub.2023.01.013