Dankzij een beeldanalyserobot die de fluorescentie meet, kun je nu voor het eerst achterhalen welke betrokken zijn genen bij de fotosynthese-efficiëntie.

Sommige woestijnplanten kunnen uitzonderlijk snel groeien. Logisch, want als er dan een keer wat regen valt moeten deze planten razendsnel bloemen en zaden gaan vormen. Anders is het water alweer verdampt en zijn ze te laat.

Snelgroeiers

Deze woestijnplanten zijn efficiënt in de fotosynthese: het proces waarbij planten water en kooldioxide met hulp van zonlicht omzetten in suikers en zuurstof. Dergelijke snelgroeiers kunnen een fotosynthesesnelheid halen waarbij ze 90 µmol koolstofdioxide vastleggen per seconde per m². Ter vergelijking: langzame groeiers die graag in de schaduw staan omdat ze niet zo goed tegen zonlicht kunnen, zetten maar 10 µmol koolstofdioxide om; gewassen halen vaak 20 tot 30 µmol.
Tot voor kort kon je zulke verschillen in fotosynthese-efficiëntie alleen plantje voor plantje te meten in afgesloten cellen met gasmeters. Maar in Wageningen heeft men daar nu een snellere methode voor gevonden, een zogenoemde Phenovator die automatisch van 1.440 plantjes op vier tijdstippen per dag de fotosynthese-efficiëntie bepaalt. ‘Voor het eerst kunnen we nu achterhalen welke genen bij de efficiëntie van dit proces betrokken zijn’, zegt geneticus Mark Aarts, die de Phenovator ontwikkelde met tuinbouwkundige Jeremy Harbinson. ‘Veredelaars kunnen daar dan rekening mee houden bij de selectie.’

‘Glyfosaat werkt vooral op groeipunten’

Door een luikje in een klimaatgereguleerde kamer laat hij zien hoe de Phenovator werkt. De jonge Arabidopsis-plantjes groeien in kleine blokjes steenwol in een bak, afgedekt met zwart plastic tegen algen en schimmels. Een camera erboven beweegt zich snel van plek naar plek, waarbij hij bij elke plaats 15 seconden stilstaat voor een serie snelle pulsen met ultrarood licht. Zo meet het apparaat vier keer per dag de fluorescentie: het uitgezonden licht meet een andere golflengte (iets roder). Hoe efficiënter de fotosynthese-apparaten werken, hoe minder licht ze uitzenden. Op andere tijdstippen maakt de camera, met andere golflengtes lichtpulsen, opnames van onder andere de plantgrootte (elke drie uur dag en nacht) en het chlorofylgehalte (twee keer per dag). Zo kun je ook de groeisnelheid volgen.

Stressfactor

De eerste resultaten werden onlangs gepubliceerd. De onderzoekers vonden in het genoom van Arabidopsis al enkele tientallen plaatsen waar genen lijken te liggen die zijn betrokken bij de fotosynthese. Tien genen zijn ook al bekend. Ze vonden die door de planten te laten groeien onder een bepaalde stressfactor. Door ze bijvoorbeeld ineens meer licht te geven, of minder stikstof. Je kon dan meten hoe de planten eerst minder efficiënt werden in hun fotosynthese, en zich na een paar dagen weer herstelden tot het oude niveau. De ene plant ging dan sterker achteruit, of herstelde zich langzamer dan de andere. Door het DNA van alle planten te vergelijken met hun aanpassingsvermogen, konden ze de plaatsen vinden die de fotosynthese-efficiëntie mede beïnvloeden.
Volgens Henk Jalink, directeur van de Wageningse spin-off PhenoVation, is er onder veredelingsbedrijven veel belangstelling voor de Phenovator. Bedrijven bepalen de effecten van bestrijdingsmiddelen of ziekteverwekkers nu nog alleen door de groeisnelheid en visueel waarneembare aantastingen van de planten te volgen. Met deze fluorescentiemetingen kan een bedrijf realtime volgen waar een bepaald bestrijdingsmiddel of schimmel, bacterie of virus in de plant aangrijpt, omdat fotosyntheseapparaten hier direct op reageren. Jalink: ‘Glyfosaat werkt bijvoorbeeld vooral op groeipunten, dat zie je al na enkele dagen aan de beelden.’