Regeneratie is het vermogen van planten om een nieuwe wortel, blad, of complete plant te ontwikkelen uit een enkele plantencel. In de wetenschap en veredeling is regeneratie een veelgebruikte techniek, bijvoorbeeld voor de productie van veel sierplanten. Onderzoekers gebruiken het bij het modificeren van planten, bijvoorbeeld wanneer ze de impact van een bepaald gen onderzoeken.

Tot nu toe lukt dit alleen door deze cellen met behulp van plantenhormonen te stimuleren om zich eerst te de-differentiëren en vervolgens te regenereren. De hormoonbehandeling is alleen nogal soort-, genotype- en zelfs weefselspecifiek, waardoor het veel tijd kost om uit te zoeken wat de ideale hormoonbehandeling is voor de plant in kwestie. Ook zijn er veel soorten – met name eetbare gewassen – die slecht regenereren onder deze condities. Jana Wittmer, Renze Heidstra en collega’s van Wageningen University & Research (WUR) en KeyGene hebben nu een manier gevonden om regeneratie te starten zonder hormonen.

Stamcellen

Toch was hormoon-vrije regeneratie niet het doel van het Wageningse onderzoek. ‘Het eigenlijke doel was om stabiele stamcellen te genereren’, zegt Renze Heidstra, Universitair hoofddocent Stamcel specificatie en regeneratie aan de WUR. Maar die stamcellen namen vanuit zichzelf al de volgende stap en ontwikkelden zich via somatische embryogenese tot plantjes. ‘Dat hadden we nog niet verwacht’, zegt Heidstra.

Het team, dat veel kennis heeft over de regulatie van het wortelmeristeem (ongedifferentieerde cellen die in staat zijn tot celdeling), zag aanknopingspunten om stamcellen te verkrijgen in onderzoek naar dierlijke stamcellen. Daar was het namelijk gelukt om door over-expressie van vier essentiële genen dierlijke cellen zich te laten ontwikkelen tot een stamcel en die in die toestand te behouden.

Om te onderzoeken of dit ook bij plantencellen mogelijk was, selecteerden de onderzoekers acht genen waarvan bekend is dat ze cellen aanzetten tot de-differentiatie of betrokken zijn bij de regulatie van het wortelmeristeem. Omdat deze genen betrokken zijn in meerdere stappen in de ontwikkeling van de plant, gooit constante over-expressie van deze genen dat in de soep. Om dat te voorkomen creëerde de onderzoekers een construct waarmee deze genen induceerbare zijn, waarmee ze vervolgens Arabidopsis-planten (zandraket) transformeerden.

Twee genen

Na inductie van de geselecteerde genen in zaailingen zagen de onderzoekers tot hun verbazing dat er regeneratie optrad. ‘Normaal sturen we dat van de buitenkant aan, maar nu blijkt die plant zelf heel goed te weten wat nodig is. Dat was voor mij ook wel echt een verrassing’, zegt Bjorn Kloosterman Team leader Plant Regeneration bij KeyGene.

Maar dat was niet de enige verrassing van het project. Van de acht geïnduceerde genen, bleken er maar twee, PLT1 en WOX5, echt nodig. Die twee alleen waren genoeg om het hele proces op gang te helpen.

Nu is Arabidopsis, de labrat onder de planten, relatief gemakkelijk te transformeren en regenereren. Om na te gaan of deze methode ook werkt met planten die interessant zijn voor veredelingsbedrijven testte de onderzoekers de methode ook in sla, tomaat en paprika. Sla bleek van de drie het makkelijkst te reageren met de hormoonvrije methode, maar ook bij tomaat en zelfs de tegenstribbelende paprika lukte het om vanuit stabiel getransformeerde weefsels na tijdelijke expressie van PLT1 en WOX5 om plantjes te regenereren.

Toepassingen

Het is nu dus nog nodig om de planten eerst te transformeren met induceerbare PLT1- en WOX5-genen voordat je deze transgene planten vervolgens kunt aanzetten tot regeneratie. In de toekomst hopen de onderzoekers een manier te vinden om PLT1 en WOX5 te activeren zonder eerst een transgene plant te creëren.

Maar zelfs met de huidige methode is dit een vooruitgang op wat er eerder mogelijk was. ‘Nu we weten dat we het kunnen toepassen als een manier om regeneratie op te wekken, kun je de vraag beantwoorden waarom het sommige planten wel lukt en andere niet’, zegt Heidstra. Ook is het nu mogelijk om de werking van specifieke genen – die bijvoorbeeld gelinkt zijn aan ziekteresistentie of droogte-tolerantie – in recalcitrante, tegenstribbelende, planten te analyseren. ‘Dus voor het onderzoek is het denk ik een hartstikke goede tool om dat soort onderzoek op te gaan starten’, zeg Kloosterman.

Wittmer, J. et al. (2025) The Plant Cell 37(11), DOI: doi.org/10.1093/plcell/koaf252

Het is onderzoekers van Wageningen University & Research en KeyGene gelukt om een methode te ontwikkelen waarmee je plantencellen kunt regenereren tot compleet nieuwe planten zonder dat je uitwendig toegediende plantenhormonen hoeft te gebruiken. Dat melden de onderzoekers in The Plant Cell.