Het is al een lange tijd een van de best bewaarde geheimen van de wereld onder de grond: wat bepaalt de variatie in vorm en functie van plantenwortels? Een internationaal team van onderzoekers, onder leiding van wetenschappers van Wageningen University & Research en het Duitse Centrum voor Integratief Biodiversiteitsonderzoek in Halle-Jena-Leipzig, heeft de strategieën onthuld die wortels gebruiken als investering in hun weefsels: doe-het-zelf of besteed het uit. In Science Advances presenteren ze hun bevindingen die ons in staat stellen de variatie in vorm en functie van de wortels te begrijpen. "Het voelde als het ontdekken van een verborgen schat."
Planten volgen, net als veel andere organismen, economische regels bij het investeren in hun weefsels. Vervang in deze vergelijking geld door koolstof en voedingsstoffen. Deze economische gradiënt gaat van 'snel leven, jong sterven' zoals bij lathyrus of de ginkgo, naar 'langzaam en stabiel' zoals de eik dat doet. Deze economische theorie werkt goed voor bladeren en lang werd aangenomen dat hetzelfde principe van toepassing was op de wortels, maar het lukte onderzoekers telkens niet om hier bewijs voor te leveren.
Een nieuwe samenwerkingsgradiënt: een ui doet aan uitbesteding
Dit probleem is nu opgelost met behulp van een database van wortelkenmerken van 1.781 plantensoorten uit de hele wereld. Naast de klassieke 'snel-langzaam'-gradiënt is er een tweede, onafhankelijke gradiënt die essentieel is voor het begrijpen van de vorm en functie van plantenwortels. Dit is de 'operationele'-gradiënt voor de opname van voedingsstoffen. Het gaat van een doe-het-zelf-strategie met veel dunne wortels, zoals in het geval van de koekoeksbloem, naar een beleid van uitbesteding, zoals bij de ui. De ui werkt intensief samen met bodemschimmels en vormt een samenwerkingsverband van wortels en schimmels (mycorrhiza).
Prof. Liesje Mommer van Wageningen University & Research: "Wortels die samenwerken met schimmels moeten voldoende ruimte hebben om een 'ruilmiddel' in te kunnen zetten: suikers gaan van de plant naar de schimmels en voedingsstoffen gaan andersom. Die ruimte bevindt zich in de buitenste cellen van de wortels, die daardoor dikker zijn dan bij 'doe-het-zelvers'. Dit geeft een beeld van hoe wortels anders functioneren."
Figuur: Plantwortelstrategieën. Wereldwijd variëren plantenwortels in hun strategie voor het verkrijgen van voedingsstoffen. Doe-het-zelvers hebben al hun apparatuur aan boord. Uitbesteders vormen allianties met bodemschimmels in ruil voor suikers.
Dit nieuwe kader biedt inzicht om de manier waarop wortels functioneren beter te begrijpen. Dit inzicht is nuttig voor toekomstig onderzoek om de reactie van onderaardse weefsels op veranderende omgevingscondities te voorspellen of om nieuwe veredelingsprogramma's op te baseren.
Onbekende schat
Professor Liesje Mommer over de start van het project: "Het was een samenwerking tussen gerenommeerde onderzoekers uit Europa en de Verenigde Staten, tijdens een inspirerende workshop in Leipzig. We wisten dat er onder de grond een schat aan kennis op het gebied van plantenwortels lag en dat het vinden ervan samenwerking vergde. Ieder van ons had een stukje van de puzzel, maar niemand had het hele plaatje. Daar ligt het in: je kunt het alleen doen of samenwerken. Planten zijn net als mensen."