De wortels van planten groeien in de breedte of in de diepte. Twee plantenhormonen bepalen de groeirichting: auxine en cytokinine. Dit werd ontdekt door een internationaal team van onderzoekers. Deze bevinding zou een efficiëntere plantenteelt mogelijk kunnen maken in tijden van steeds vaker voorkomende en langer durende hittegolven.

De global warming heeft ook gevolgen voor de bodem. Langdurige hittegolven onttrekken vocht aan de bodem en de vegetatie. De algemene verwachting is dat in Europa de winters warmer en natter en de zomers warmer en droger zullen worden. Dit brengt de teelt van planten en daarmee ons klimaat en onze voedselzekerheid in gevaar. Planten leveren ons voedsel, zijn belangrijke zuurstofleveranciers en van vitaal belang voor het overleven van de mens. De steeds toenemende hitte en droogtestress waaraan onze gewassen worden blootgesteld, is mede daarom een belangrijk onderwerp van onderzoek.

Charles Darwin (1809-1882) onderzocht de plantengroei al. Een van zijn bevindingen uit het boek De kracht van beweging in planten, dat hij samen met zijn zoon Francis schreef, was dat de scheut naar boven groeit en de wortel naar beneden. Een fenomeen dat in de wetenschap bekend staat als orthogravitropisme. De Darwins hebben ook al vastgesteld dat het overdrachtshormoon auxine de groei kan reguleren.

Een internationaal onderzoeksteam onder leiding van de celbioloog Professor Jürgen Kleine-Vehn van de Universität für Bodenkultur in Wenen (BOKU) heeft daar nu aan toegevoegd dat er een wisselwerking is tussen auxine en cytokinine. Auxine is verantwoordelijk voor de groei naar bodemdiepte, cytokinine voor horizontale groei.

Auxine en cytokinine

Sommige worteldopcellen bevinden zich op het puntje van de wortels en bepalen daar hoeveel auxine naar de onderste wortelflank wordt gestuurd. Deze worteldopcellen hebben gravitrope sensoren (statolieten) die de oriëntatie van de worteltop aangeven. Als de worteldopcellen veel auxine naar de onderste wortelflank sturen, leidt dit tot een vermindering van de groei aan deze kant. Tegelijkertijd leidt dit tot een neerwaartse groei in de hoofdwortel.

Het plantenhormoon cytokinine wordt actief op de bovenwortelflank in de zijwortel. Het zorgt ervoor dat de zijwortel vlak groeit. De verspreiding van cytokinine is specifiek voor de zijwortels en geeft ze de eigenschap van horizontale vermeerdering. De onderzoekers konden zo aantonen dat de twee plantenhormonen elkaar opheffen in de zijwortels.

Aantasting van wortelsystemen

De onderzoekers vermoeden dat het wortelstelsel sterk beïnvloed kan worden door dit mechanisme. Het zou bijvoorbeeld mogelijk zijn om gewassen zo te kweken dat hun wortels dieper in de bodem kunnen doorgroeien. Dit zou hen in staat stellen om het dieper gelegen grondwater te bereiken.

In veel regio’s is het directe bodemoppervlak veel te droog voor de teelt van bepaalde planten. De enig mogelijke maatregel op dit moment is dan uitgebreide irrigatie. Dikt is complex en inefficiënt, omdat dit gepaard gaat met een constante verdamping aan de oppervlakte.

De wetenschappelijke bevindingen over wortelsystemen kunnen ook helpen om de concurrentie tussen gewassen in de bodem te verminderen: wortelsystemen die voornamelijk in de diepte groeien, komen immers minder in contact met hun buurplanten. Dit kan de afstand tussen bepaalde gewassen verkleinen en de opbrengst per oppervlakte-eenheid verhogen. Nog los van het gegeven dat de planten hiermee beter bestand zijn tegen periodes van exttreme droogte.

Publicatie:

Dinneny, J.R./Dünser, K./Kleine-Veh, J./LaRue, T./Lindner, H./ Martopawiro, S./Novak, O./Petřík, I./Ruiz Rosquete, M./Sarkel, E./Sasidharan, R./Schöller, M./Wabnik, K./ Waidmann, S. (2019): Cytokinin functions as an asymmetric and anti-gravitropic signal in lateral roots. In: Nature Communications 10, Article 3540.