Onderzoeksproject P7/29 (Onderzoeksactie P7)
Het plantenlichaam kan, zowel structureel als functioneel, opgedeeld worden in twee fundamenteel verschillende helften, een boven- en een ondergronds deel, respectievelijk de bebladerde stengel en het wortelstelsel. Bij genetisch, fysiologisch of ontogenetisch onderzoek gaat men zich meestal op slechts één helft focusseren om op die manier een dieper inzicht te verwerven in een bepaald proces. Zo ook werd in het voorafgaande IUAP netwerk enkel gefocusseerd op de wortel en werden aldus belangrijke nieuwe bevindingen met betrekking tot wortelontwikkeling gerealiseerd. Wanneer echter algemene processen ter discussie staan, zoals groei en ontwikkeling, is het noodzakelijk de plant in zijn geheel te beschouwen aangezien de ontwikkeling van beide helften gecoördineerd wordt door een intensieve communicatie tussen stengel en wortel.
In dit netwerk willen we nagaan hoe stengel en wortel elkaar beïnvloeden en hoe deze interacties bijdragen tot de algemene ontwikkeling van de plant. Via een geïntegreerde aanpak willen we belangrijke groei-controlerende genetische factoren blootleggen en die valideren in het landbouwgewas mais.
Om deze doelstelling te bereiken en om de bestaande expertises uit de diverse laboratoria optimaal te benutten wordt het project opgedeeld in vier werkpakketten (WP1-4).
In WP1 zullen we gebruik maken van mutanten en transgene lijnen waarbij respectievelijk stengel- en wortelgroei bevorderd of afgeremd werd. Deze planten laten toe om de impact van een gewijzigde groei in de ene helft op de groei en ontwikkeling van de andere helft te evalueren en dit gedurende de volledige levenscyclus met inbegrip van de bloeifase. Deze analyses zullen leiden tot de identificatie van orgaan-specifieke groeifactoren en zullen ons toelaten een beter begrip te verkrijgen van hoe beide plantenhelften elkaar beïnvloeden.
Een evidente en goed bestudeerde interactie tussen wortel en stengel geschiedt via het transport van water en mineralen. Stengel en wortel zijn verbonden via geleidingsweefsel bestaande uit xyleem en floeem cellen. Vooraleer echter ionen, metabolieten en water in het geleidingsweefsel terecht kunnen komen is een actief transport doorheen het plasmamembraan vereist dat steunt op de aanwezigheid van plasmamembraan-eiwitten zoals aquaporines en H+-ATPases.
Deze eiwitten zullen bestudeerd worden in WP2 aan de hand van genetisch, chemisch-genetisch en biochemisch onderzoek. In dit werkpakket zal ook het transport en vooral de opname van fosfaten via de wortelharen bestudeerd worden.
Planten kunnen niet bewegen en dus ook niet wegvluchten van ongunstige omstandigheden. Zowel stengel als wortel zijn dus vatbaar voor suboptimale condities die regelmatig opduiken, stress kunnen veroorzaken en nefast kunnen zijn voor de normale groei en oogstresultaten bij landbouwgewassen. Het inzicht in de wortel-stengelinteracties is een vereiste om de algemene reactie van de plant op stresscondities te kunnen begrijpen.
Het effect van abiotische stress-condities zoals osmotische en warmte-stress op de groei van planten zal bestudeerd worden in WP3. Om de impact op plantengroei van iedere stressconditie in kaart te brengen zullen diverse onderzoeksstrategieën aangewend worden waarbij gebruik zal gemaakt worden van de aanwezige expertise in de betrokken laboratoria en waarbij telkens het meest geschikte onderzoeksobject zal gekozen worden (het Arabidopsis wortelstelsel en/of mais bladeren).
Tenslotte zullen in WP4 een complementaire set van modelleringsbenaderingen aangewend worden om de in WP1 tot WP3 bekomen data te integreren met de bestaande kennis. Op het niveau van het organisme, zullen functionele en structurele plantenmodellen ontwikkeld worden die toelaten de interacties tussen stengel en wortel enerzijds en interacties met de omgeving anderzijds te evalueren. Dergelijke modellen moeten ons in staat stellen groei-simulaties uit te voeren en voorspellingen te doen van hoe planten of plantenorganen reageren op minder gunstige omgevingsfactoren. Op die manier zullen nieuwe werkhypotheses geformuleerd kunnen worden en zullen de modellen in belangrijke mate bijdragen tot een beter inzicht in de complexe wisselwerking tussen stengel en wortel, het hoofdthema van dit IUAP netwerk.
