UNAM-onderzoekers bestuderen LEA-eiwitten als cruciale factor voor het overleven van zaden tijdens droogte

Een onderzoeksteam van de Nationale Autonome Universiteit van Mexico (UNAM) voert momenteel een diepgaande studie uit naar de moleculaire mechanismen die de levensvatbaarheid van plantenzaden garanderen te midden van de toenemende wereldwijde droogteproblematiek. Het centrale middelpunt van dit wetenschappelijke onderzoek zijn de zogenaamde Late Embryogenesis Abundant (LEA)-eiwitten. Deze specifieke moleculen hopen zich op in zaden op het moment dat zij tot wel 90% van hun vochtgehalte verliezen, een proces dat essentieel is voor hun overleving in extreme omstandigheden.

Deze eiwitten worden gekenmerkt door hun flexibele en "ongeordende" structuur, wat hen een unieke rol geeft in het biologische proces. Ze stellen het embryo in staat om over te gaan naar een glasachtige of gevitrificeerde toestand, waardoor de levensvatbaarheid over een zeer lange periode behouden blijft. Het team onder leiding van dr. Alejandra Covarrubias Robles van het Instituut voor Biotechnologie (IBt) van de UNAM heeft de kritieke functie van deze moleculen experimenteel bevestigd. Uit hun onderzoek bleek dat mutaties in de genen die coderen voor deze flexibele eiwitten leidden tot een aanzienlijke afname van de levensvatbaarheid van de zaden en een versnelling van de verouderingsprocessen, wat hun beschermende werking onomstotelijk bewijst.

Tijdens de experimenten maakten de onderzoekers gebruik van zaden van het modelorganisme Arabidopsis thaliana en diverse peulvruchten, wat de brede toepasbaarheid van de ontdekkingen binnen de agrarische sector onderstreept. De resultaten van dit onderzoek openen nieuwe deuren voor de biotechnologie, met name voor de ontwikkeling van landbouwgewassen die beter bestand zijn tegen uitdroging. Deze eiwitten behoren tot de groep van de hydrofilinen en zijn rijk aan glycine, wat bijdraagt aan het behoud van een flexibele conformatie in waterige oplossingen. Ze komen wijdverspreid voor in zaden en stuifmeel van landplanten, aangezien deze structuren fasen van uitdroging en cryptobiose doormaken.

Een opmerkelijk verschil met chaperonne-eiwitten is dat LEA-eiwitten geen ATP nodig hebben om bescherming te bieden, en ze herstellen de conformatie van eiwitten niet na dehydratatie. Het potentieel van LEA-eiwitten reikt echter verder dan alleen de landbouwsector. In vitro-studies tonen aan dat ze in staat zijn om andere gevoelige eiwitten te stabiliseren, wat de weg vrijmaakt voor toepassingen bij de conservatie van dierlijke embryo's of cellen voor diverse medische procedures. De aanwezigheid van LEA-eiwitten en dehydrinen (een subgroep van de LEA-eiwitten uit de D-11 familie) is niet alleen in zaden vastgesteld, maar ook in vele andere plantaardige en zelfs dierlijke weefsels, wat wijst op hun evolutionaire ouderdom.

In het kader van de wereldwijde voedselzekerheid is het begrijpen van de mechanismen die zaden in staat stellen om in een rusttoestand te gaan van het allergrootste belang. Onderzoek zoals dat van de UNAM kan de basis vormen voor de ontwikkeling van innovatieve veredelingsmethoden die gericht zijn op het vergroten van het aanpassingsvermogen van planten aan klimaatveranderingen. De succesvolle toepassing van deze kennis in de biotechnologie kan zorgen voor een betrouwbaardere langetermijnopslag van zadencollecties, wat cruciaal is voor de veerkracht van de wereldwijde landbouw in een tijdperk van onvoorspelbare weersomstandigheden.