Nir Sade, promovendus Purity Muchoki en prof. Shaul Yalovsky van de Universiteit van Tel Aviv. Foto met dank aan de Universiteit van Tel Aviv via ISRAEL21c
Er wordt voorspeld dat klimaatverandering en steeds extremere weersomstandigheden grote schade zullen aanrichten aan de voedselzekerheid van de mensheid. Maar hopelijk blijven tomaten in ieder geval veilig.
Onderzoekers van de Universiteit van Tel Aviv zijn erin geslaagd tomatenvariëteiten te kweken die tijdens hun groei minder water verbruiken, zonder concessies te doen aan de opbrengst, kwaliteit of smaak, met behulp van CRISPR-technologie voor genoombewerking .
Hun onderzoek, dat bijdraagt aan de groeiende inspanningen om de voedselzekerheid te garanderen in een wereld met afnemende zoetwatervoorraden, werd onlangs gepubliceerd in het tijdschrift PNAS .
De wisselwerking tussen het waterverbruik van een plant en de suikerproductie (wat de plant helpt groeien en heerlijk maakt) vindt plaats in openingen op het oppervlak van de bladeren, huidmondjes genoemd.
Huidmondjes maken zowel transpiratie, of waterverdamping, als de inname van koolstofdioxide mogelijk, die wordt opgenomen in suiker voor fotosynthese. Huidmondjes kunnen open en dicht gaan om de wateropname van de plant te reguleren.
Onder droogteomstandigheden, zo leggen de onderzoekers uit, sluiten planten hun huidmondjes om water vast te houden. Maar omdat dat proces verband houdt met de inname van kooldioxide, leidt de sluiting tot een afname van de inname van kooldioxide, waardoor de plant minder suiker aanmaakt bij de fotosynthese.
Bij cultuurgewassen vertaalt dit zich in een afname van het aantal vruchten, hun gewicht en hun suikergehalte, wat ook de smaak en voeding beïnvloedt.
In hun onderzoek richtten de onderzoekers zich op een gen genaamd ROP9 . ROP-eiwitten functioneren als schakelaars en schakelen tussen een actieve of inactieve toestand.
“We ontdekten dat het elimineren van ROP9 door de CRISPR-technologie een gedeeltelijke sluiting van de huidmondjes veroorzaakt”, zegt prof. Shaul Yalovsky, een van de auteurs van het onderzoek, tegen ISRAEL21c.
“Dit effect is vooral uitgesproken tijdens de middag, wanneer de snelheid van het waterverlies uit de planten tijdens het transpiratieproces het hoogst is. Omgekeerd was er in de ochtend en de middag, wanneer de transpiratiesnelheid lager is, geen significant verschil in de snelheid van waterverlies tussen de controleplanten en de ROP9-gemodificeerde planten.
“Omdat de huidmondjes ‘s ochtends en ‘s middags open bleven, konden de planten voldoende koolstofdioxide opnemen, waardoor een daling van de suikerproductie door fotosynthese werd voorkomen, zelfs tijdens de middaguren, toen de huidmondjes meer gesloten waren in de ROP9-gemodificeerde planten.”
De onderzoekers voerden vervolgens experimenten uit op honderden planten en toonden aan dat hoewel de ROP9-gemodificeerde planten minder water verliezen tijdens het transpiratieproces, er geen nadelig effect is op de fotosynthese, de kwantiteit of de kwaliteit van het gewas.
“Er is een grote gelijkenis tussen de ROP9 in tomaten en ROP-eiwitten die voorkomen in andere gewassen zoals paprika, aubergine en tarwe”, voegt Nir Sade, een andere auteur van het onderzoek, toe.
“Daarom zouden de ontdekkingen die in ons artikel worden beschreven de basis kunnen vormen voor de ontwikkeling van aanvullende gewassen met verbeterde watergebruiksefficiëntie, en voor een dieper begrip van de mechanismen achter het openen en sluiten van de huidmondjes.”
