Wortellab in de TAU Botanische Tuinen. Foto door RP Studios via Tel Aviv Universiteit
In een uitgebreid en gefaseerd internationaal onderzoek dat 8 jaar duurde, geleid door onderzoekers van de School of Plant Sciences and Food Security van TAU en het Volcani Institute, werden nieuwe verbindingen ontwikkeld die de bewortelings efficiëntie van stekken (meestal kleine takken) aanzienlijk verhogen. afkomstig van volwassen bomen.
De onderzoekers leggen uit dat het wortelen van stekken een cruciaal onderdeel is van de moderne landbouw: “Een aanzienlijk aantal fruitbomen, maar ook bosbomen en sierplanten, zijn tegenwoordig gebaseerd op stekvoortplanting: het creëren van planten die genetische klonen zijn van een individu met gewenste eigenschappen. Het verbeteren van het bewortelingsproces kan op verschillende manieren bijdragen aan de mondiale landbouw: het ontwikkelen van nieuwe variëteiten van hoge kwaliteit, het verlagen van de prijzen voor boeren en consumenten, het vergroten van de economische levensvatbaarheid van nieuwe cultivars van gewassen, en het aanpassen van gewassen aan de veranderende klimaatomstandigheden.”
Het onderzoek werd geleid door dr. Roy Weinstain en onderzoeksstudent Ohad Roth van de School of Plant Sciences and Food Security van TAU, en dr. Einat Sadot van het Institute of Plant Sciences van het Volcani Institute. Ook deelnamen aan het onderzoek waren: Dr. Inna Vints van de TAU School of Plant Sciences and Food Security, Prof. Nir Ben-Tal en Dr. Amit Kessel van de afdeling Biochemie en Moleculaire Biologie bij TAU, Sela Yechezkel, Ori Serero, Avi Eliyahu, Pan Tzeela, Dr. Vikas Dwivedi, Dr. Mira Carmeli-Weissberg, Felix Shaya en Dr. Adi Faigenboim-Doron van het Volcani Instituut, en Prof. Joseph Riov van de Faculteit Landbouw van de Hebreeuwse Universiteit van Jeruzalem. De studie werd uitgevoerd in samenwerking met onderzoekers uit de VS, Duitsland, Denemarken en Engeland, en de resultaten werden gepubliceerd in het prestigieuze tijdschrift Nature Biotechnology.
Dr. Sadot legt uit: “vegetatieve voortplanting door middel van stekken is een methode die wordt gebruikt om planten ongeslachtelijk te vermeerderen – niet door middel van zaden. Bij deze methode wordt een tak geselecteerd uit een plant met gewenste eigenschappen (bijvoorbeeld fruitsmaak, weerstand tegen droogte, ziekteresistentie, enz.), en delen van die tak, stekken of propagules genoemd, worden blootgesteld aan omstandigheden die ervoor zorgen dat ze wortels gaan groeien. en onafhankelijke planten worden. De nieuwe individuen die op deze manier ontstaan zijn eigenlijk klonen, met dezelfde genetica als de moederplant. Om een gewas economisch levensvatbaar te maken, zijn bewortelingspercentages van minimaal 50-60% nodig, en dit cijfer is voor boeren een belangrijke overweging. De bewortelingspercentages variëren tussen verschillende geslachten van dezelfde familie, tussen verschillende soorten van hetzelfde geslacht, en zelfs tussen verschillende cultivars van dezelfde soort, en er zijn belangrijke landbouwplanten die bijzonder moeilijk te wortelen zijn.”
Om het percentage planten dat wortels ontwikkelt te verbeteren, is het noodzakelijk om stekken bloot te stellen aan het plantenhormoon auxine – een procedure die meer dan 70 jaar geleden werd ontdekt en sindsdien nauwelijks is veranderd. Dr. Weinstain: “De effectiviteit van de bestaande auxinebehandeling varieert van plant tot plant. Er zijn tal van landbouwkundig belangrijke planten die qua wortelvorming nauwelijks reageren op de standaard auxinebehandeling en daarom niet gecommercialiseerd kunnen worden. In ons onderzoek probeerden we het effect van auxine op de stekken te vergroten. Bewijzen uit de wetenschappelijke literatuur en observaties door deskundigen uit het veld brachten ons ertoe de vraag te beantwoorden: zal een langzame afgifte van de auxine in de plant het bewortelingssucces van de stekken vergroten? Om dit te doen, creëerden de onderzoekers eerst een ‘bibliotheek’ van materialen op basis van synthetische auxineconjugaten – moleculen waarin een synthetische auxine is vastgemaakt aan een andere chemische groep die de activiteit ervan neutraliseert, maar langzaam kan vrijkomen in plantencellen. De bibliotheek werd getest met stekken van een volwassen Eucalyptus grandis-boom, die met standaard auxinebehandeling lage bewortelingspercentages bereiken van slechts 10-15%.
Onderzoeksstudent Ohad Roth legt uit: “Het eerste onderzoek identificeerde een aantal verbindingen die een positief effect hebben op het bewortelingsproces, en verder onderzoek richtte zich op de meest effectieve. We ontdekten dat deze verbinding een combinatie mogelijk maakt van een hoge doorlaatbaarheid voor de plant met een verlengde afgifte van de werkzame stof, de synthetische auxine, waardoor de auxine veel langer in de plant blijft – tot wel anderhalve week.” De verbeterde behandeling verhoogde het bewortelings percentage van de Eucalyptus grandis-stekken tot 60% – tot zes keer hoger dan de bewortelings percentages die werden gevonden met de standaardmethode.
Om de werking van de nieuwe verbinding beter te begrijpen, gebruikten de onderzoekers later de modelplant Arabidopsis thaliana. Ze ontdekten dat de synthetische auxine die in het nieuwe materiaal wordt gebruikt stabieler is (langzamer afbreekt) in de plantencellen vergeleken met de auxine die in de standaardbehandeling wordt gebruikt. Bovendien identificeerden de onderzoekers een familie van enzymen in de plant die verantwoordelijk zijn voor de afgifte van de synthetische aux in de plant.
