Een onderzoeksteam van de Universiteit van Genève (UNIGE) heeft de evolutionaire geschiedenis blootgelegd van de mechanismen waarmee planten zich beschermen tegen schadelijke UV-B-straling.
Zonlicht levert de energie die nodig is voor fotosynthese en groei, maar stelt planten ook bloot aan schadelijke ultraviolette B-straling (UV-B). Planten moeten daarom een evenwicht vinden tussen groei en bescherming. Door onderzoek te doen aan Marchantia polymorpha, een levermos dat lijkt op enkele van de vroegste landplanten, hebben wetenschappers meer inzicht gekregen in de oorsprong van de UV-B-detectie en de aanpassing van planten aan lichtstress. De resultaten zijn gepubliceerd in het tijdschrift Plant Physiology.
UV-B-straling kan, net als bij mensen, DNA beschadigen en celmembranen aantasten. Daarnaast kan het de systemen verstoren die verantwoordelijk zijn voor fotosynthese. Tijdens de evolutie ontwikkelden planten een beschermingssysteem rond de fotoreceptor UVR8. Deze sensor detecteert UV-B-licht en activeert vervolgens een reeks moleculaire reacties die de activiteit van veel genen veranderen en de productie van beschermende stoffen stimuleren.
Bij bloeiende planten zoals Arabidopsis thaliana wordt dit proces gereguleerd door verschillende eiwitten die groei en weerstand tegen lichtstress aansturen. Om te begrijpen hoe dit systeem is ontstaan, richtten onderzoekers zich op Marchantia polymorpha, een afstammeling van een plantenlijn die meer dan 400 miljoen jaar geleden ontstond toen planten het land begonnen te koloniseren.
Oeroud verdedigingssysteem
De onderzoekers ontdekten dat de basiswerking van UVR8 vrijwel onveranderd is gebleven tussen Marchantia en moderne bloeiende planten. Zowel de activering van UVR8 door UV-B-straling als het uitschakelen van de receptor blijken evolutionair sterk behouden.
Tegelijkertijd vonden de onderzoekers belangrijke verschillen in de manier waarop de betrokken eiwitten samenwerken. Het eiwit SPA, dat bij moderne bloeiende planten een belangrijke rol speelt in groeiregulatie, blijkt in Marchantia een andere functie te hebben. Levermossen zonder SPA vertonen zelfs een grotere tolerantie voor UV-B-straling, wat erop wijst dat dit eiwit daar de beschermende reactie juist afremt.
Volgens de onderzoekers waren de fundamentele bouwstenen van het UV-B-beschermingssysteem al zeer vroeg aanwezig in de plantenevolutie, maar zijn de organisatie en regulatie ervan in de loop van honderden miljoenen jaren aangepast.
Belang voor klimaatverandering
Het onderzoek levert nieuwe inzichten op in de manier waarop planten zich door de evolutie heen hebben aangepast aan veranderende lichtomstandigheden. Deze kennis kan helpen beter te begrijpen hoe planten reageren op milieustress en op veranderingen in lichtblootstelling als gevolg van klimaatverandering.
