Hoe is de zonnebloem in staat met de zon aan de hemel mee te bewegen? Onderzoekers lichten nu een tipje van de sluier op van dit raadsel.

Een zonnebloem begint de dag gericht naar het oosten, draait zich in de loop van de dag naar het westen en keert zich ’s nachts terug naar het oosten, klaar voor de zonsopgang. Hoe doet hij dat? Met behulp van genetisch onderzoek hebben wetenschappers van de University of California, Davis, geprobeerd dit in kaart te brengen. De resultaten verschenen in PLoS Biology.

Lees ook:

• Zes landen en hun nationale bloem
• Kunstmatige bloem buigt naar het licht
• Bloemen creëren ‘blauwe halo’ om bijen aan te trekken

Heliotropisme

Planten groeien altijd richting hun energiebron, de zon. Staat een concurrent in de weg, dan groeien ze daar snel omheen en zo die vervelende schaduw kwijt te raken. Bij deze zogenoemde fototropische reactie reageert het eiwit fototropine op de verandering in het lichtspectrum dat schaduw veroorzaakt.

Zonnebloemen gaan nog een stap verder. Zij volgen met hun bloem daadwerkelijk de zon aan de hemel. Dat doen ze door ‘s nachts meer aan de westkant van de stengel te groeien, zodat de bloem tegen de ochtend naar de opgaande zon ‘kijkt’, terwijl overdag de oostelijke kant van de stengel groeit, zodat de bloem de zon volgt naar de ondergang in het westen. Dit fenomeen heet heliotropisme.

Heliotropisme stelt de zonnebloem in staat om zo veel mogelijk zonlicht op te vangen. Dat is niet alleen fijn voor het generen van energie via fotosynthese, maar het warmt ook de bloem op, waardoor meer pollen (zaadjes) vrjjkomen. Ook worden de kleuren beter zichtbaar voor insecten, zodat die meer worden aangetrokken en die pollen kunnen verspreiden. Een win-winsituatie dus.

Interne klok

In 2016 toonden dezelfde onderzoekers, onder leiding van Stacey Harmer, al aan dat zonnebloemen een interne klok gebruiken bij heliotropisme. Uit lab-experimenten waarbij ze een bewegende lamp gebruikten, bleek namelijk dat zonnebloemen het beste meebewegen als een natuurlijk ritme van 16 uur licht en 8 uur duisternis werd aangehouden. Bij een cyclus van 20 uur licht en 10 uur donker, raakten de bloemen in de war.

Ook keken Harmer en collega’s naar de snelheid van de nachtelijke rotatie buiten in het veld. Deze bleek hoog te zijn in de zomer, als de nachten kort zijn, en laag in de langere herfstnachten. Ook deze bevinding suggereert dat een interne klok een rol speelt bij de timing van de bloembeweging.

Unieke set genen

In de nieuwe studie besloot het onderzoeksteam te kijken naar de betrokken genen bij heliotropisme. Wat bleek? In zonnebloemen die binnen in het lab groeiden naar een stilstaande lamp toe waren vooral de genen actief die het eiwit fototropine aansturen. Maar de zonnebloemen buiten op het veld toonden een heel andere genenactiviteit. Blijkbaar wordt heliotropisme mogelijk gemaakt door een unieke set aan genen.

De onderzoekers zetten ook verschillende kanten van de stengel in de schaduw om te kijken of dat het vermogen om de zon te volgen zou blokkeren. Dat bleek niet het geval. Oftewel: er is een speciaal mechanisme gaande die de zonnebloem in staat stelt van oost naar west te bewegen. Toch wel een bijzonder talent dus. Maar de precieze details, zoals de betrokken genen en eiwitten, zijn nog niet bekend. Dat willen de onderzoekers nu gaan bestuderen.

Mutanten maken

“Het verrassende aan dit onderzoek is dat er geen grote overlap is gevonden tussen genen die worden geactiveerd in fototropie en heliotropisme”, vertellen plantendeskundigen Eline Eggermont en Jesse Küpers van de Universiteit Wageningen in een gezamenlijke reactie. “Het zijn twee voorbeelden van groeien richting licht, maar de regulatie lijkt dus sterk te verschillen.”

Ze vinden het bewonderingswaardig dat de onderzoekers de zonnebloemen buiten hebben onderzocht. “Dan krijg je een eerlijker beeld van wat er precies gaande is. Maar het nadeel is wel dat het in het veld lastiger is om de invloed van omgevingsfactoren, zoals plagen, temperatuur en luchtvochtigheid op de groeiwijze, uit te kunnen sluiten. Toch zijn er veel goede gegevens verzameld en is het tot uiting komen van genen in de zonnebloem nauwkeurig en goed in kaart gebracht.”

Volgens Eggermont en Küpers zou vervolgonderzoek kunnen plaatsvinden met behulp van moderne gen-modificatie, zoals CRISPR. “Dan zou je de fototropine-genen kunnen uitschakelen om de rol ervan tijdens heliotropisme met nog meer overtuiging te kunnen uitsluiten. Ook kun je het effect van verschillende kleuren licht op de groei onderzoeken met specifieke lichtfilters in het veld.”

Bronnen: PLoS Biology, University of California, Davis via EurekAlert!, PLOS via EurekAlert!

Beeld: Maksim Goncharenok, Pexels