Wetenschap - 24 december 2010

Planten hebben één loket voor symbiose

De manier waarop erwten en bonen stikstof uit de lucht binden met behulp van bacteriën is vergelijkbaar met de symbiose tussen andere planten en bodemschimmels. Dat melden Wageningse moleculair biologen vandaag in Science. Met dank aan een vergeten boom uit Nieuw-Guinea.

De samenwerking tussen de boom Parasponia en de bacterie die stikstof uit de lucht bindt
De groep van hoogleraar Ton Bisseling heeft jarenlang onderzoek gedaan aan vlinderbloemigen, zoals bonen en erwten. Die planten zijn een symbiose aangegaan met rhizobium bacteriën, die stikstof in de lucht binden en aanbieden aan de plant in ruil voor voedingsstoffen. Andere plantensoorten kunnen dit niet. De groep zoekt naar de unieke genen van vlinderbloemigen die dit kunstje flikken. Die hebben ze nog niet.
 
Ontdekking
Een ontdekking uit de jaren zeventig moet nu uitkomst bieden. Toen werd mede door de wijlen Wageningse onderzoeker Anton Akkermans een boom gevonden in Nieuw-Guinea van het geslacht Parasponia die ook samenwerkte met rhizobium bacteriën. ‘Daar is toen wel onderzoek aan gedaan, maar er waren nog geen genomics-technieken beschikbaar’, vertelt medewerker René Geurts. ‘Daarna is hij vergeten.’
 
Signaalstoffen
Geurts verkreeg twintig jaar oude zaden van Parasponia en ging met collega’s uitzoeken of de signaalstoffen die rhizobium bacteriën gebruiken om bij vlinderbloemigen het proces van stikstofbinding in gang te zetten ook nodig zijn bij Parasponia. Dat bleek zo te zijn. Ook ging hij na welk receptoreiwit van Parasponia deze signalen herkent. En ook dat bleek eenzelfde receptoreiwit te zijn als bij de vlinderbloemigen.
Ander belangrijke ontdekking was dat dit receptoreiwit van de boom ook de communicatie met de mycorrhiza-schimmels in de bodem voor zijn rekening neemt. ‘Onze conclusie is dat deze schimmels dus ook signaalstoffen moeten aanmaken voor de symbiose’, zegt Geurts. De mycorrhiza zorgen er voor dat de planten beter fosfaat en andere voedingsstoffen uit de bodem kunnen opnemen. Anders dan de rhizobium bacteriën werken deze schimmels met veel plantensoorten samen.
 
Zoek de verschillen
Dat duidt er op dat het mechanisme voor stikstofbinding breed beschikbaar is. Zo wordt het ontvangstloket van Parasporia voor de nuttige bacteriën en schimmels gemaakt door plantengenen die ook voorkomen in niet-vlinderbloemigen. Toch kunnen nauwe verwanten van Parasporia, zoals hennep en hop, het kunstje niet. Daarom gaan de moleculair biologen nu de Parasponia en een verwant zonder stikstofbinding (bijvoorbeeld de hop) genetisch vergelijken. ‘De opdracht wordt: zoek de genetische verschillen. Dat kunnen er niet veel zijn.’
 
Maar 10 miljoen
Eerdere pogingen met vlinderbloemigen om de unieke genen voor stikstofbinding te vinden, zijn mislukt. Maar Geurts geeft zichzelf nu meer kans. Het kunstje van de vlinderbloemigen om stikstof te binden met bacteriën is vermoedelijk zo’n 60 miljoen jaar geleden ontstaan. Het kunstje van Parasponia is nog geen 10 miljoen jaar oud, zegt Geurts. Daardoor zullen de genetische verschillen tussen twee verwanten veel kleiner zijn. Geurts zoekt niet meer naar een speld in de hooiberg, maar naar een speld in een pak hooi. Over twee jaar hopen de moleculair biologen het antwoord te hebben.

Re:ageer