Verslag: De invloed van ethyleen, ABA en GA op

De invloed van ethyleen, ABA en GA op de Arabidopsis thaliana
Eric de Groot (5561779), Jolijn Jansen (5754941), Niels Hagen (5691281)
KBG - Zaal 3.08
Zaalbegeleider: Chrysa Pantazopoulou
Samenvatting
In dit onderzoek is de invloed van ethyleen, ABA en GA op de Arabidopsis thaliana
onderzocht. Hiervoor zijn twee experimenten uitgevoerd. In het eerste experiment is de
invloed van ethyleen bestudeerd, waarbij gelet werd op de hypocotyl- en wortellengte en de
buiging van de scheut. In het tweede experiment werd de kieming onder invloed van ABA of
GA onderzocht. Conclusie
Inleiding
Er zijn veel verschillende soorten en maten planten. Een voorbeeld van een heel klein plantje
is de Arabidopsis thaliana. Het plantje wordt veel gebruikt voor onderzoek omdat het hele
genoom ervan ontcijfert is en er daarnaast voor bijna alle 2700 genen een mutatie bestaat in
laboratoria (Voesenek R., Pierik R. et al., 2015).
Ongeacht de grootte van een plant bezitten ze allemaal plantenhormonen. Dit zijn stoffen
die in kleine hoeveelheden worden aangemaakt in het ene deel van de plant en vervolgens
worden getransporteerd naar een ander deel van de plant, waar ze doormiddel van
receptoren een reactie ontlokken in een cel of weefsel. Er zijn in totaal acht hoofdgroepen
van plantenhormonen bekend. Een voorbeeld van zo’n hormoon is ethyleen. Deze stof is van
belang tijdens onder ander de stressreactie in het geval van obstakels of langdurige donkere
periodes. Het zet dan een zogenaamde triple response in gang, die leidt tot een
verlangzaamde stengel- en/of wortelgroei, verdikking van de stengel en buiging van de
stengel waardoor deze horizontaal verder kan groeien. Tevens is ethyleen het enige
gasvormige plantenhormoon dat tot nu toe bekend is. (Reece J.B., Urry L.A. et al, 2015)
Verder zijn er ook nog hormonen die specifiek een rol spelen in de ontkieming, zoals
gibberelline (GA) en abscisinezuur (ABA). GA is een stofje in het zaad die wordt
geproduceerd zodra water wordt toegevoegd. Wanneer deze stof eenmaal aanwezig is,
stuurt het signalen naar de aleuron, ofwel de buitenzijde van het zaad, waardoor de
ontkieming kan beginnen. ABA is een stof die deze ontkieming juist remt. Een hoge ABA
concentratie in de plant stimuleert dan ook de kiemrust, waardoor de meeste planten pas
ontkiemen nadat de ABA concentratie is gedaald. (Reece J.B., Urry L.A. et al, 2015)
Wanneer er nog weinig bekend is over een plantenhormonen of een andere losse stof, kan
de functie ervan achterhaald worden door een mutatie aan te brengen die de werking ervan
verstoord. Deze mutaties kunnen bijvoorbeeld veroorzaakt worden door bestraling. Het
resultaat zal dan aantonen welke factoren er verstoord zijn geraakt en dus waar de stof
effect op heeft. (Voesenek R., Pierik R. et al., 2015)
In het onderzoek zijn planten met mutaties in de functies van de eerdergenoemde
hormonen onderzocht, de onderzoeksvraag die daarbij gesteld werd was:
Wat is de invloed van respectievelijk ethyleen, gibberelline en abscisinezuur op de
Arabidopsis thaliana?
Verwacht wordt dat ethyleen in de donkeropstelling in grotere hoeveelheden aangemaakt
zal worden en er daardoor een triple response te zien zal zijn waarbij de stengel en wortel
korter zijn en de stengel dikker en horizontaler gebogen is. In de opstelling met gemuteerde
planten wat betreft ethyleen zal dit niet herkenbaar zijn.
Gemuteerde gibberelline planten zullen in de andere proefopstelling leiden tot de
tegenhouding van ontkieming gebaseerd op een onvolledige werking van gibberelline.
Planten met een normale gibberelline aanvoer zullen wel normaal groeien.
Ten slotte zullen gemuteerde ABA planten leiden tot een verhoogd aantal ontkiemingen
doordat deze stof zijn remmende werking niet of nauwelijks meer kan uitvoeren. Normale
ABA planten zullen wel volgens een natuurlijke ontkiemingscyclus verlopen.
Materiaal & Methode
Dit onderzoek bestaat uit 2 experimenten. Deze zijn uitgevoerd volgens de beschrijving uit
‘Biologie en ecologie van planten 2015-2016’ van de Universiteit Utrecht op bladzijde 123126.
Resultaten
In de twee experimenten die uitgevoerd zijn vielen de volgende dingen op.
In experiment A is er gekeken naar het fenotype van de Arabidopsis thaliana, hierbij
specifiek aandacht besteed aan de lengte van de scheut en de wortel en de mogelijke
buiging van de hypocotyl. In figuur 1 zijn tekeningen te zien van de verschillende plantjes.
Figuur 1: Tekeningen van de fenotypen van de Arabidopsis thaliana in experiment A
Te zien is dat de buiging in de hypocotyl van zaad ACC6 en ACC3 vrij sterk is, terwijl deze in
de hypocotyl van zaad ACC2 een stuk minder is. Bij sommigen zaailingen van ACC6 en ACC2
viel bovendien op dat de cotylen enigszins naar beneden hingen en minder ontwikkeld
waren.
Verder waren de wortels van de ACC3 planten een klein beetje groter dan die van de ACC2
en ACC6 planten. Daarnaast waren de wortels van de planten gegroeid op water groter dan
bij de planten gegroeid op ACC oplossing. De kleuringen van de planten daarentegen zijn wel
ongeveer gelijk. Namelijk de cotylen bruin/groen, de stengels waren wit en de zaden hadden
een bruine kleur.
Ook de hypocotyl lengte van de meeste zaailingen bij experiment A zijn opgemeten. De
gemiddelde hypocotyl lengtes zijn overzichtelijk verwerkt in de grafiek hieronder.
Figuur 2: de gemiddelde hypocotyl lengte van de verschillende zaden in de verschillende
oplossingen.
De zaailingen gegroeid op water hebben allemaal ongeveer dezelfde hypocotyl lengte, zoals
te zien in figuur 2. De zaailingen die gegroeid zijn op de ACC oplossing leveren wel duidelijk
andere meetwaarden op. In figuur 2 is te zien dat zaad 2 gemiddeld de grootste hypocotyl
lengte krijgt, daarna volgt zaad 3 en zaad 6 krijgt het kortste hypocotyl.
Experiment B gaf opmerkelijke uitkomsten. Zoals te zien in de onderstaande tabel kwamen
in sommige gevallen heel veel en in andere gevallen helemaal geen zaden tot ontkieming.
Ontkiemingspercentage Ontkiemingspercentage
in water
in ABA oplossing
Zaad 1
0%
0%
Zaad 4
0%
0%
Zaad 5
75,7%
0%
Tabel 2: ontkiemingspercentage experiment B
Ontkiemingspercentage
in GA oplossing
0%
13,5%
81,6%
Wat opvalt aan de ontkiemingspercentages is dat in water alleen zaad 5 vaak is ontkiemd,
zoals te zien in tabel 2. In de ABA oplossing is geen enkel zaad tot ontkieming gekomen.
Tenslotte zijn in de GA oplossing alleen de zaden 4 en 5 tot ontkieming gekomen, waarvan
bij zaad 4 slechts weinig zaden ontkiemd zijn en bij zaad 5 juist heel veel zaden ontkiemd
zijn.
Discussie
Het doel van dit experiment was om de invloed van de plantenhormonen ethyleen,
gibberelline (GA) en abscisinezuur (ABA). Dit is onderzocht door zaden van Arabidopsis
Thaliana te laten ontkiemen in verschillende oplossingen met daarin de verschillende
hormonen. Vervolgens is voor ethyleen de lengte van de wortels en hypocotyl en de buiging
van het hypocotyl te meten en voor GA en ABA de ontkieminggraad te onderzoeken.
Bij experiment A werd verwacht dat de wildtype plantjes meer ethyleen aan zouden maken
dan de gemuteerde soort. Dit zou tot uiting komen door een triple response.
Bij experiment B werd verwacht dat de gemuteerde gibberelline planten leiden tot
tegenhouding van ontkieming gebaseerd op een onvolledige werking van gibberelline. De
planten die niet gemuteerd zijn, zouden normaal groeien. Over de ABA planten werd
verwacht dat de gemuteerde planten een hoger kiemingspercentage hebben dan de
controlegroep. Wildtype planten zouden wel normaal ontkiemen.
Uit de resultaten van experiment A blijkt dat zaad #2 gemiddeld de kleinste hypocotyl heeft
en dus de meeste ethyleen. De gemiddeld langste plantjes waren die van zaad #3 en zaad #6
zat hier tussenin. Hoe langer de hypocotyl is, hoe minder ethyleen de plant bevat en hoe
meer gemodificeerde zaadjes er dus in het petrischaaltje zitten. Er valt dus te concluderen
dat zaad #3 gemodificeerd is, zaad #2 het wildtype is en zaad #6 de mix.
Bij experiment B is een van de zaden helemaal niet ontkiemd. Dit maakt het moeilijk een
betrouwbare conclusie te trekken uit deze resultaten. Onze voorlopige conclusie is daarom
het volgende: Uit de resultaten van experiment B blijkt dat zaad #5 het enige zaad is wat
ontkiemt in water. Hieruit is te concluderen dat zaad #5 het wildtype is, omdat planten in de
normale omstandigheden ook ontkiemen met water. Dat houdt dus in dat zaden #1 en #4 de
mutanten zijn. Zaad #4 ontkiemt wel in de GA oplossing in tegenstelling tot zaad #1. Zaad #4
is dus een mutant, die minder gevoelig is voor GA. Hierdoor is zaad #1 logischerwijs de ABA
mutant. Dit is echter niet terug te zien in de resultaten, omdat zaad #1 in geen van de
condities ontkiemd is. Hierdoor zijn de resultaten vrij onbetrouwbaar. Een mogelijke
verklaring voor het niet ontkiemen is, dat dit oud zaad is en dus geen capaciteit meer heeft
om te kunnen ontkiemen.
Conclusie
Concluderend kan worden vastgesteld dat de functie van ethyleen het inhiberen van groei is,
de functie van abscisinezuur (ABA) het inhiberen van de ontkieming is en de functie van
gibberellinezuur (GA) het stimuleren van groei is.
Bronvermelding
Literatuur:
 Reece J.B., Urry L.A. et al (2015) Biology: A Global Approach. Pearson, Harlow (10e
editie). p. 904, 908-912
 Voesenek R., Pierik R. et al.(2015) Biologie & Ecologie van Planten 2015-2016,
Universiteit Utrecht, Utrecht. p. 123-126