Wortelbarrières: Sleutel tot stikstoffixatie-symbiose onthuld

Stikstof, cruciaal voor de plantengroei, drijft peulvruchten zoals bonen en kikkererwten ertoe zich aan te passen aan stikstofarme bodems. Ze vormen wortelknolletjes die bacteriën huisvesten die in staat zijn stikstof uit de lucht te halen. Deze rhizobia ontvangen suikers van de plant in ruil voor de gebonden stikstof. Een studie van de Universiteit van Keulen, de Universiteit van Kopenhagen en het Max Planck Instituut voor Plantenveredelingsonderzoek in Keulen heeft licht geworpen op deze symbiose. Hun onderzoek, gepubliceerd in Science, beschrijft de cruciale rol van wortelbarrières bij het reguleren van het delicate metabolisme tussen planten en bacteriën. De Caspary-streep, een waterdichte barrière in plantenwortels, fungeert als een poortwachter en controleert de stroom van water en voedingsstoffen naar het vaatstelsel van de plant. Deze barrière ontwikkelt zich samen met de externe knolletjes. De vorming van deze knolletjes wordt ook nauwkeurig gereguleerd: wanneer er een tekort aan stikstof is, sturen wortels een alarmsignaal, het CEP1-peptide, naar de bladeren, die vervolgens de knolvorming versterken. Het onderzoeksteam ontdekte dat de Caspary-streep de bijbehorende signaleringsroutes controleert. Ze bestudeerden de peulvrucht Lotus japonicus. Toen de wetenschappers de Caspary-streep verwijderden, vormden de planten zeer langzaam knolletjes op stikstofarme grond. Dit was niet te wijten aan de lekkende barrière, maar omdat er geen CEP1-signaal werd geproduceerd. De planten konden het stikstoftekort niet detecteren en erop reageren. Binnenin de knolletjes vonden de onderzoekers ook een compacte versie van de Caspary-streep, die de uitwisseling tussen plant en bacterie reguleert. Zonder deze barrière stroomt suiker vrijelijk van de plant naar de knolletjes. Dit zorgt ervoor dat bacteriën zich verder vermenigvuldigen, maar ze produceren geen stikstofverbindingen meer als voedingsstoffen voor de plant. "De studie biedt nieuwe inzichten in hoe planten en microben interageren en creëert een nieuw modelsysteem om te onderzoeken hoe een nuttig partnerschap kan plaatsvinden in een beperkte ruimte", vat hoofdauteur Tonni Grube Andersen samen. Volgens de onderzoekers hebben planten dit fijn afgestemde controlesysteem ontwikkeld om ervoor te zorgen dat de samenwerking eerlijk blijft.