Onderzoek uitgelicht: bioloog Michel Haring

Elke maand onderzoek van een bèta-wetenschapper uitgelicht

foto: Bob Bronshoff

Geniet u ook altijd zo van de geur van vers gemaaid gras en bloemengeuren in de tuin? U bent niet de enige. Het klinkt misschien onwaarschijnlijk, maar planten ruiken zelf ook. Alleen is het bij hen geen kwestie van genieten, het gaat puur om overleven. Bioloog Michel Haring doet onder andere onderzoek naar ruikende planten en kan daarbij het nieuwe kassencomplex op het Science Park Amsterdam, voorzien van de modernste snufjes, uitstekend gebruiken.

Op 28 juni 2006 openden deze nieuwe kassen van het Science Park hun deuren. ‘De kassen zijn voorzien van de nieuwste klimaatbeheersingstechnieken; onmisbaar voor het toponderzoek naar planten dat hier in Amsterdam plaatsvindt’, aldus Michel Haring. Hij vindt dat de stad niet alleen bekend moet staan om ‘dat ene beroemde groene geestverruimende plantje’, maar juist het excellente plantenonderzoek moet laten zien. Hij richtte The Amsterdam Platform for Plant Science op, waarmee alle Amsterdamse plantenwetenschap zichtbaar moet worden voor de buitenwereld.

Foto: Bob Bronshoff

Het platform zal bijvoorbeeld bijeenkomsten organiseren voor het bedrijfsleven, studenten en onderzoeksgroepen van zowel de VU als de UvA op het gebied van de plantenbiologie. ‘Op deze manier komen we met elkaar in contact en krijgt het Amsterdamse plantenonderzoek een gezicht naar buiten toe.’ Volgens Haring is zo’n platform echt noodzakelijk: ‘Als je in Nederland over plantenonderzoek praat, dan praat je over Wageningen. Dat is natuurlijk ook voor een groot gedeelte zo. Maar plantenwetenschappelijk onderzoek in Amsterdam is gewoon top. En dat men dat niet weet is heel jammer en daar willen we wat aan veranderen.’

Haring kwam zelf met het idee voor een platform: ‘Er bestond al een goede samenwerking tussen de Amsterdamse universiteiten. En ook de samenwerking tussen de biologische onderzoekinstituten van de UvA IBED (Institute for Biodiversity and Ecosystem Dynamics) en SILS (Swammerdam Institute for Life Sciences) wordt steeds intensiever. We wilden meer zichtbaarheid geven aan die samenwerking, laten zien dat het niet allemaal eilandjes zijn maar dat we van elkaars kennis profiteren.’

Kookplaatje

Haring is hoogleraar Plantenfysiologie en onderzoekt de signaaltransductie van planten, dat wil zeggen welke signalen planten ontvangen, hoe ze die ontvangen en wat ze daar vervolgens mee doen. Dit doet hij op verschillende niveaus: van het niveau van een enkele cel tot op het niveau van de hele plant. Op het cellulaire niveau kijkt hij welke signaalstoffen de plant in zijn schil - zijn membraan - heeft. Een plantmembraan bestaat uit een aantal verschillende lipiden. Sommige van die lipiden, vetzuren met een kop eraan, hebben een signaalfunctie. De cel merkt het als de lipidenhoeveelheid verandert. ‘Wij mensen hebben zenuwen. Als je je vinger op een kookplaatje legt, dan merk je gauw genoeg of dat plaatje aanstaat. Hoe doet een plant dat? Die heeft immers geen zenuwbanen. Dus iedere cel moet dat voor zichzelf doen. Daarom zijn alle cellen uitgerust met de juiste ‘sensoren’. We proberen te begrijpen welke rol de lipiden precies spelen in dit hele proces.’

Wanneer je een plant zout water geeft, in een koude ruimte zet of geen water geeft, zal de plant daarop reageren. ‘Zijn cellen komen onder stress te staan. Een cel bestaat voor 99% uit water, als die uitdroogt en water verliest, moet hij daar wat aan kunnen doen. De cel moet dus kunnen meten wat droog is, en wat normaal is. De lipiden in het membraan veranderen bij stress in hoeveelheid of van vorm. Dit neemt de cel waar door eiwitten die dit proces volgen. Vervolgens reageert de cel hierop. We zijn er nog lang niet uit hoe het precies zit, maar we kunnen al wel aanwijzen welke specifieke signalen er in de plant optreden. Onze expert op dit gebied, Teun Munnik, heeft van NWO een VIDI-beurs gekregen om dit in detail uit te zoeken.

Slimme planten

In samenwerking met de groep van Maus Sabelis van het IBED kijkt Haring naar de communicatie via geuren tussen planten en insecten. ‘Het insect kan aan de plant ruiken of het een geschikte voedselbron voor hem is. Als dat insect vervolgens aan het blad gaat zitten kauwen en geniet, gaat de plant nieuwe geurstoffen produceren die aantrekkelijk zijn voor de vijanden van de insecten. Wij kijken wat die plant nou precies doet; welke geurstoffen hij maakt en hoe hij onderscheid maakt tussen een rups die aan het blad kauwt en een bladluis die in het blad zit te prikken. Uiteindelijk scheidt de plant dan een ander soort geurstofpatroon uit, zodat de juiste vijand komt. Die planten zijn niet dom!’

Dat de plant kan herkennen wie zijn belager is, is volgens Haring van essentieel belang voor het voortbestaan van de plantensoort. ‘Je kunt over deze interactie heel interessante evolutionaire en ecologische vragen stellen, maar wat wij willen weten is hoe die plant kan waarnemen dat er een spintmijt zit. Een van de hypotheses is dat de mijt terwijl hij in de cel prikt er een beetje in spuugt om hem voor te verteren. In het spuug zitten signalen waaraan de plant herkent: oh, er zit nu een mijt aan mij te eten, want bladluizenspuug ‘smaakt’ anders. Het klinkt heel triviaal, maar het spuug zou wel eens essentieel kunnen zijn om een soortherkenning mogelijk te maken.’

Spintmijtenspuug

De planteneters laten zich echter niet zomaar pakken. ‘Als je in het wild bijvoorbeeld een verzameling spintmijten bekijkt dan zie je dat die allemaal anders omgaan met de afweer, met de reactie van bijvoorbeeld de tomatenplant. Dat betekent dat een plantenetende populatie heel flexibel is. Ze moet zich kunnen aanpassen aan de reacties van de plant. De spintmijt probeert zichzelf niet te verraden (misschien door datgene wat de plant herkent niet in zijn spuug te hebben?). Zo zijn er spintmijtfamilies die iets minder herkenbaar spuug hebben. Het zou ook zo kunnen zijn dat de spintmijten iets toevoegen aan het spuug waardoor ze alle reacties van de plant onderdrukken. Dus die plant herkent het dan wel, maar kan het signaal niet doorgeven. Dat is een nieuwe gedachte die voortkomt uit het onderzoek van Merijn Kant, een aio die deze maand promoveert.’ Haring praat over de spintmijt en de tomaat alsof het gaat over een spannende voetbalwedstrijd. ‘Als je naar de plantenkant kijkt, denk je dat de plant kansloos is. Die spintmijt past zich immers voortdurend aan, dus dan zou eigenlijk die plant ook die “beweeglijkheid” moeten hebben. En dat lijkt ook zo te zijn; wilde tomatenvarianten reageren weer net iets anders.’

De plant heeft nóg een geheim wapen in de strijd tegen de insecten. ‘Op het moment dat een plant aangevreten wordt door een insect gaat hij geurstoffen produceren om rovers aan te trekken. Het blijkt nu dat planten die in de buurt staan en nog geen beestjes op zich hebben, dat kunnen ruiken! Deze planten activeren bepaalde afweerprocessen door die geurstoffen. De spintmijt zal op deze planten een zeer vies maaltijdje voorgeschoteld krijgen. Die plant wist immers al dat er een insect aankwam. Bovendien dat het een spintmijt is en geen bladluis. Ik vind dat echt geweldig: planten kunnen dus met elkaar praten. Het is ontzettend spectaculair. Stel je voor je loopt door het bos en je denkt het is heel rustig, terwijl die planten voortdurend ‘met elkaar praten’. Als er ergens een boom gekapt wordt weet binnen no-time het hele bos dat de houthakker bezig is.’

‘We kunnen inmiddels al een aantal geurstoffen aanwijzen die bijvoorbeeld voor de rovers aantrekkelijk zijn. Vervolgens kijken we of we daar door middel van genetische modificatie iets aan kunnen veranderen. Of we bijvoorbeeld meer, minder of heel nieuwe geurstoffen kunnen maken, en of dat de plant voordeel oplevert. Zo formuleren we in samenwerking met veredelingsbedrijven nieuwe ideeën om tomaten zo te veredelen dat ze zich beter kunnen verdedigen tegen al die planteneters die op de loer liggen.’

Wasserbombe

Foto: Bob Bronshoff

Haring werkt ook aan de petuniaplant. Zijn groep onderzocht hoe het komt dat de bloem alleen ’s nachts geur produceert. ‘Als je heel mechanisch denkt bestaat zo’n plant uit allemaal schakelsystemen. Wij hebben in ons project een van de hoofdschakelaars ontdekt die de geur aan of uit kan zetten.’ Haring probeert de geurproductie van de bloem te regelen en hoopt op gelijke wijze de geurstoffen en daarmee de smaak van een tomaat te veranderen. ‘In het Centre for Biosystems Genomics proberen we samen met PRI-Wageningen de tomaat te veranderen in een product dat bij de klant veel meer waardering krijgt dan de huidige wasserbombe.’

‘Mijn grootste bijdrage aan de wetenschap is denk ik tot nu toe dat stukje regulatie van geurstofproductie. We zijn pas vijf jaar geleden begonnen met dit werk en ik ben heel trots op de groep die we hebben opgezet. Daar zitten ontzettend goede mensen in, bijvoorbeeld Teun Munnik en Rob Schuurink. We hebben heel snel een status opgebouwd. Vijf jaar geleden had ik nooit verwacht dat we al zoveel zouden hebben bereikt. Én we hebben de nieuwe kassen, waar we erg blij mee zijn.’

Hypermoderne kassen

Foto: Bob Bronshoff

De nieuwe kassen voldoen aan de laatste eisen. Ze hebben een goede temperatuurregulatie, zijn echt waterdicht en hebben regelsystemen. ‘De compartimenten zijn kleiner en beter gescheiden, waardoor als we een experiment doen met insecten, deze niet door de hele kas zitten. Proeven met ziekteverwekkende schimmels zijn in de nieuwe kassen écht reproduceerbaar. In plaats van de oude ‘teeltkas’ hebben we nu een researchkas die echt top is. Bovendien ziet het ontwerp er ook gewoon mooi uit.’

In de nieuwe kassen worden ook experimenten gedaan met genetisch gemodificeerde planten. Het complex bestaat uit ongeveer vijftig compartimenten die zijn opgedeeld in vier soorten kassen: ‘gewone’ kassen, waar alleen geëxperimenteerd wordt met gewone planten, PK1, waar experimenten plaatsvinden met genetisch gemodificeerde planten en PKM2 en PKM3, waar straks zowel met genetisch gemodificeerde planten als met genetisch gemodificeerde ziekteverwekkers wordt gewerkt. Haring geeft toe dat er mensen zijn die bang zijn voor genetische modificatie. ‘Maar sommige mensen zijn ook bang voor spinnen. Nieuwe technologie boezemt vaak angst in. Dat wil natuurlijk niet zeggen dat we niet uiterst voorzichtig zijn.’ De kassen zijn goed afgeschermd. Binnen de PKM3-kassen heerst een lagere druk dan erbuiten. Wanneer je via de sluis naar binnen gaat is er buiten een iets hogere druk dan binnen, waardoor een wind naar binnen ontstaat en er niets naar buiten kan ontsnappen. Bovendien zijn alle deuren in het complex voorzien van een beveiligingssysteem. Alleen degene met de juiste sleutel kan naar binnen.

‘Ik ben zelf ook gereserveerd ten opzichte van commerciële toepassing van genetische modificatie, veel zou je ook via de klassieke veredeling kunnen bereiken. Ik geloof zelfs dat de wereld door biologische landbouw gevoed kan worden. Maar misschien ben ik wat dat betreft wat ideëel’, lacht Haring. ‘Ik ben nog nooit in de verleiding gekomen om een tomaatje uit onze onderzoekskas te eten. Dat mag ook niet, het is namelijk strikt verboden, hoewel de kans bijna nul is dat er iets zou gebeuren als je een dergelijke tomaat zou eten. Als ik moet kiezen neem ik een gewone, biologisch geteelde tomaat.’

Zie ook

Gepubliceerd door  Faculteit Natuurwetenschappen, Wiskunde en Informatica

20 augustus 2012