Het was lang een van de best bewaarde geheimen in de ondergrondse wereld: wat bepaalt de variatie in vorm en functie van plantenwortels? Een internationaal onderzoeksteam geleid door wetenschappers van Wageningen University & Research en het German Centre for integrative Biodiversity Research heeft voor het eerst in kaart gebracht welke strategieën wortels hanteren om te investeren in hun weefsels: doe-het-zelf of uitbesteden. In Science Advances presenteren de onderzoekers een nieuw raamwerk waarmee de variatie in vorm en functie eindelijk kan worden begrepen. “Het is alsof je een schat hebt opgegraven”.
Groei van wortels
Planten maken economische afwegingen voor investeringen in hun weefsels om te kunnen groeien, al gaat het daarbij niet om geld, maar om koolstof en voedingsstoffen. De keuzes die planten maken variëren van ‘groei snel, leef kort’, zoals lathyrus of ginkgo, tot ‘groei langzaam, leef lang’, zoals een eik. Voor bladeren is eerder gebleken dat deze economische theorie goed past. Lange tijd ging men ervan uit dat de wortels dezelfde principes volgen, maar de pogingen van onderzoekers om die te bewijzen liepen steeds spaak.
Ieder had een stukje van de puzzel, niemand het volledige beeld. Here it is: je kunt het zelf doen of samenwerken. Planten zijn net mensen.
Plantenwortels
Met behulp van een database met wortelkenmerken van 1781 plantensoorten uit de hele wereld is dit probleem nu opgelost. Naast de klassieke ‘snel-langzaam’-gradiënt is er een tweede, onafhankelijke as die essentieel is om de vorm en functies van plantenwortels te begrijpen. Deze nieuwe as is een ‘operationele’ gradiënt die weergeeft hoe een wortel aan de benodigde nutriënten komt. De as verloopt van een ‘doe-het-zelf’-strategie, zoals een pinksterbloem hanteert, tot ‘uitbesteden’, zoals een ui: intensief samenwerken met bodemschimmels. Waarbij een partnerschap ontstaat van wortel en schimmels (mycorrhiza). “Wortels die samenwerken met schimmels moeten wel ruimte maken voor een ‘uitwisselingsloket’ – suikers gaan van de plant naar de schimmels en nutriënten gaan andersom. Dat ‘loket’ kost ruimte in de buitenste cellen van de wortel, die daarom dikker zijn dan bij ‘doe-het-zelvers’”, zegt prof. Liesje Mommer van Wageningen University & Research. “Deze nieuwe operationele as toont dus hoe wortels verschillende manieren hebben om te functioneren. Er zijn als het ware meerdere wegen die naar Rome leiden.”
Figuur: Strategieën van plantenwortels. Wereldwijd variëren plantenwortels in hun strategie om aan nutriënten te komen. Doe-het-zelvers doppen hun eigen boontjes. Uitbesteders sluiten allianties met bodemschimmels in ruil voor suikers. (Wageningen Univeristy & Research)
Innovatie
Dit nieuwe raamwerk voor het begrijpen van de variatie in wortelkenmerken biedt handvatten tot voor een beter begrip van het functioneren van wortels. De kennis is van nut om in toekomstig onderzoek de ondergrondse reactie van planten op veranderende condities van het milieu te voorspellen, of om veredelingsprogramma’s op te zetten waar wortels in meer of mindere mate geschikt zijn voor samenwerking met mycorrhiza-schimmels.
Onderzoek
Over de totstandkoming van dit project zegt prof. Mommer: “Het was een samenwerking met gerenommeerde en jonge onderzoekers uit Europa en de VS, tijdens inspirerende workshops in Leipzig. We wisten dat er een schat begraven moest zijn ondergronds bij de plantenwortels, en dat we samen moesten werken om hem te vinden. Ieder had een stukje van de puzzel, niemand het volledige beeld. Here it is: je kunt het zelf doen of samenwerken. Planten zijn net mensen.”
