Biologen vinden gen dat zorgt voor extra vacuoles in plantencellen

Plantencellen hebben soms niet één grote centrale holte, oftewel vacuole, maar meerdere. Met ook nog verschillende functies. Hoe kan dat? Een team onder leiding van UvA-biologen Ronald Koes en Francesca Quattrocchio zette een nieuwe stap richting de oplossing van dit fundamentele raadsel. Hun ontdekking is gepubliceerd in het vooraanstaande wetenschappelijke tijdschrift Cell Reports.

Als je een willekeurig biologieboek openslaat en een plaatje van een plantencel opzoekt, zie je dat middenin deze cellen altijd een grote holte zit. Dit is de vacuole. Het is een belangrijke opslagplaats van de cel waarin planten allerlei soorten stoffen kwijt kan. De vacuole bevat zowel reservestoffen als afvalstoffen, vacuoles in de cellen op de oppervlakte van bloemen bevatten pigmenten die de bloemkleur bepalen, in vruchten bevatten ze de zuren en suikers die vruchten hun smaak geven, planten die in zoute omstandigheden groeien kunnen in vacuoles hun overtollige zout in kwijt, en ga zo maar door. Tot zo ver lijkt dit redelijk recht toe, recht aan.

Biologisch raadsel
‘Maar, een jaar of twintig geleden is ontdekt dat sommige plantencellen meerdere vacuoles hebben. En dat deze bovendien heel verschillende functies kunnen hebben,’ vertelt Ronald Koes. ‘De grote vraag is sindsdien hoe dit in een en dezelfde cel kan. Hoe vormen de extra vacuoles? En, hoe weet de plantencel welke stoffen naar de ene vacuole moeten en welke naar de ander?’

Dit biologische raadsel fascineerde Koes en zijn vrouw Francesca Quattrocchio, die beiden als genetici en moleculaire biologen werken aan het Swammerdam Institute for Life Sciences van de Universiteit van Amsterdam.

Een eerste mogelijke clue richting de oplossing vonden ze in 2017. Toen gaven Quattrocchio en Koes leiding aan een team dat een volledig nieuw type onderdeel van plantencellen ontdekte: kleinere blaasjes die dezelfde stoffen bevatten als de vacuole, en die deze stoffen naar de centrale vacuole bleken te transporteren. Ze noemden deze extra vacuolen vacuolinos (Italiaans voor kleine vacuolen).

Een met de microscoop gemaakte foto van een cel uit een bloemblaadje van een petunia, afkomstig uit de eerdere studie van Koes en Quattrocchio waarin zij het bestaan van vacuolino's aantoonden. Het buitenste celmembraan is rood gemarkeerd; de centrale vacuole is gevuld met blauwe pigmenten. De vacuolino's zijn voor het onderzoek groen gekleurd. Foto: Copyright: UvA

Nieuwe stap
In een nu verschenen publicatie in het wetenschappelijke tijdschrift Cell Reports beschrijven de biologen een nieuwe stap richting de opheldering van het fundamentele raadsel. Nadat ze eerder al het bestaan van de vacuolinos ontdekten, hebben ze nu ook ontdekt welk gen cruciaal is voor de vorming van vacuolinos. Dit blijkt een gen genaamd RAB5a te zijn. De onderzoekers ontdekt via experimenten met petunia’s dat uitschakeling van dit gen ervoor zorgt dat de petuniacellen geen vacuolino’s meer bevatten. Overexpressie van het gen leidt juist tot grotere vacuolino’s. ‘Zo groot dat ze bijna zelf op vacuoles gaan lijken’, zegt Koes. 

In de bloemknoppen van hun petunia’s zagen Quattrocchio en Koes dat de plantencellen het gen RAB5a extra hard lieten werken in een laat stadium van de ontwikkeling. Pigmentproductie gebeurt juist in een vroeg stadium. Zo ontstonden naast de al aanwezige vacuole, waar veel pigment in zat, meerdere grote vacuolino’s waarin geen pigment te zien is.

‘Wat interessant was, de grootte en het aantal van die vacuolino’s bepaalden niet alleen de kleur, maar ook de vorm van de cellen en daarmee de bloembladen,’, vertelt Quattrocchio. Koes vult aan: ‘Wat dit ook laat zien is dat misschien in de plantencellen niet altijd een ingewikkelde sorteermechanisme nodig is om te bepaalen welke stoffen wel en niet in welke vacuole komen. Het kan ook zijn dat dit automatisch geregeld wordt, doordat de extra vacuoles ontstaan op een ander moment in de tijd.’  

Andere planten
Het gen RAB5a is in veel plantensoorten aanwezig, wat Quattrocchio en Koes doet vermoeden dat ze een vrij universeel biologisch mechanisme hebben ontdekt. Het gen is bijvoorbeeld ook actief in citrusvruchten. ‘Misschien bevatten de cellen van citrusvruchten dus ook vacuolino’s’, zegt Koes.

Waarbij de vraag is wat de functie hier is. De biologen beschreven een paar jaar geleden al eens een fundamenteel biologisch mechanisme dat regelt hoe veel zuur er in de vacuole van citrusvruchtcellen zit, wat bepalend is voor hoe zuur of zoet de vrucht smaakt. Het is nog speculatie, maar mogelijk hebben zij met de ontdekking van vaculino’s en deze eerste inzichten in hun functie een ander fundamenteel biologisch mechanisme dat bepalend is voor de smaak te pakken.    

Er is trouwens een belangrijke uitzondering wat betreft planten die RAB5a hebben: Arabidopsis, het veelvuldig bestudeerde plantje dat biologen zien als een goede standaard modelplant, heeft dit gen niet.

Shuangjiang Li, Ronald Koes, Francesca M. Quattrocchio et al, An ancient RAB5 governs the formation of additional vacuoles and cell shape in petunia petals, in: Cell reports, September 2021, DOI: https://doi.org/10.1016/j.celrep.2021.109749 

Bron: UvA


Publicatiedatum:



Ook onze nieuwsbrief ontvangen? | Klik hier


Ander nieuws uit deze sector:


Schrijf je in voor onze dagelijkse nieuwsbrief om al het laatste nieuws direct per e-mail te ontvangen!

Inschrijven Ik ben al ingeschreven