Sterrenkroos is flexibel met huidmondjes

Ontwikkeling van huidmondjes in het blad van Callitriche japonica zichtbaar gemaakt met FISH, fluorescent in situ hybridization (rechts). Inzet (links): de aquatische C. pallustris (boven) en de nauw verwante terrestrische C. japonica.

Hoe sterrenkroossoorten hun huidmondjes ontwikkelen, hangt af van het milieu waarin ze leven. Soorten die in water groeien maken ze later en sneller.

Aan de waterrand levende soorten sterrenkroos (Callitriche) maken huidmondjes op een andere manier dan landsoorten, laten Japanse onderzoekers zien (PNAS, 29 maart). De auteurs voeren het verschil terug op het expressiepatroon van twee genen. Sterrenkroos is een plantengenus van de weegbreefamilie, met soorten die leven in water, op land of in beide milieus. De Japanse onderzoekers hadden de ontwikkeling van huidmondjes al bestudeerd bij de amfibische soort Callitriche palustris. Die was anders dan bij modelplant Arabidopsis thaliana, maar daarvan keken ze niet vreemd op, want Callitriche is daar niet aan verwant. Maar nu blijkt de ontwikkeling van huidmondjes bij twee terrestrische sterrenkroossoorten, C. japonica en C. terrestris, wel op die van A. thaliana te lijken, en dat is opmerkelijk. Bij een vierde soort, de amfibische C. stagnalis, komt het proces weer overeen met dat van C. palustris.

Huidmondjes ontstaan in een vroeg stadium van bladontwikkeling. Het proces begint als het gen Speechless, dat codeert voor een transcriptiefactor, in een blad-in-aanleg tot expressie komt. Bladcellen kunnen dan een zogenoemde entreedeling uitvoeren, waarbij een gewone cel en een huidmondjes-voorlopercel ontstaan. Bij A. thaliana en de terrestrische Callitriche-soorten deelt zo’n voorlopercel zich in een gewone cel en een volgende voorlopercel; dat herhaalt zich enkele keren. Op een gegeven moment verdwijnt Speechless en komt het gen voor transcriptiefactor MUTE tot expressie. Dan veranderen de voorlopercellen in een moedercel, die zich nog eenmaal deelt. Daarbij ontstaan de twee sluitcellen die het huidmondje vormen.

Moedercel
De amfibische Callitriche-soorten slaan stappen over, ontdekten de onderzoekers. De eerste voorlopercel na de entreedeling verandert direct in een moedercel. Ze laten zien dat in deze soorten MUTE vrijwel meteen na Speechless tot expressie komt.

‘Verrassend, zo’n verschil binnen een genus’, vindt Silvere Vialet-Chabrand (Wageningen University & Research). Hugo de Boer (Universiteit Utrecht) zegt: ‘Je ziet dat er nog veel te ontdekken valt als je je niet beperkt tot de bekende modelsoorten.’

Vanwaar dit verschil tussen amfibische en terrestrische sterrenkroossoorten? Dat de voorlopercellen bij landplanten een serie celdelingen doormaken, is zinvol. De Boer: ‘Zo past een plant het aantal huidmondjes ten opzichte van gewone cellen aan de omstandigheden aan: hoeveel licht, water en voedingsstoffen beschikbaar zijn en hoe intensief de uitwisseling van waterdamp en koolstofdioxide zal zijn.’ Vialet-Chabrand: ‘Bij sommige planten, bijvoorbeeld grassen, voorzien de gewone cellen die bij de celdelingen zijn ontstaan de sluitcellen van water en voedingsstoffen.’

Waarom amfibische planten die celdelingen achterwege laten, is minder duidelijk. De auteurs denken dat het samenhangt met flexibiliteit. De vorming van huidmondjes komt bij deze soorten later op gang, zodat planten pas later hoeven te ‘beslissen’ of ze nodig zijn; als de plant onder water staat, wordt de vorming van huidmondjes onderdrukt. Komen ze tot ontwikkeling, dan gebeurt dat snel om het tijdverlies in te halen.