Fotorespiratie blijkt onmisbaar voor de aanmaak van folaten: een groep wateroplosbare B-vitamines waaronder ook vitamine B9. Uit nieuw onderzoek blijkt dat ongeveer 6 procent van de door planten opgenomen koolstof naar de productie van deze voedingsstof gaat. Wordt fotorespiratie onderdrukt, of neemt die af bij hoge CO₂-concentraties, dan zakt die koolstofstroom tot ongeveer 1 procent. Dat kan directe gevolgen hebben voor de voedingswaarde van gewassen.
Folaten zijn essentieel voor de menselijke gezondheid, met name tijdens de zwangerschap. Ze verkleinen het risico op neuralebuisdefecten bij ongeboren kinderen. Dat planten uit zichzelf een deel van hun ‘koolstofbudget’ inzetten om folaten te maken, is daarom goed nieuws. Tegelijk laat het onderzoek zien dat dit proces nauw verweven is met fotorespiratie, een metabolische omweg in het fotosynthese-apparaat die vaak als inefficiënt wordt bestempeld. Wanneer fotorespiratie minder optreedt – bijvoorbeeld in een omgeving met meer CO₂ – krijgt de folaatproductie een flinke tik.
Voor bevolkingsgroepen die sterk leunen op basisgewassen zoals rijst kan dat betekenen dat hun voeding minder van deze cruciale vitamine bevat. Bioloog Berkley Walker heeft meegewerkt aan het onderzoek. Hij zegt: “voor culturen waarbij de meeste calorieën afkomstig zijn uit rijst is het best kwalijk als deze minder voedzaam raakt. De manier waarop planten reageren op klimaatverandering is complex. Het beter begrijpen hoe ze zich aanpassen kan ons helpen om betere plannen voor de toekomst te maken.” Het onderzoek is te vinden in Nature Plants.
Planten kunnen met behulp van fotosynthese zonlicht, water en koolstofdioxide omzetten in energie in de vorm van suikers. Bij de ‘voordeur’ van dit proces staat het enzym Rubisco. De taak van Rubisco is duidelijk: vang koolstofdioxide en geef dit door aan de verdere productielijn. Soms doet Rubisco niet helemaal goed z’n werk en pakt het in plaats van een koolstofdioxidemolecuul een zuurstofmolecuul. Hierdoor loopt de productielijn vast en wordt er een nutteloos, giftig bijproduct aangemaakt. Vervolgens komt er dan een proces op gang dat fotorespiratie heet. Tijdens dit proces probeert de plant de giftige bijstof onschadelijk te maken en om te zetten naar stoffen die wél nuttig zijn. Inmiddels weten we dat hier, onder andere, folaten bij ontstaan.
Massaspectrometrie
Om te achterhalen hoeveel koolstof precies via fotorespiratie richting folaten stroomt, richtten de onderzoekers zich op de plant Arabidopsis thaliana. Met een infraroodgas-analyzer werd de opname van CO₂ nauwkeurig gemeten terwijl individuele bladeren in een meetopstelling waren ‘geklemd’. Direct na de meting volgde een bliksemsnelle stap: de bladeren werden met vloeibare stikstof bevroren, zodat de biochemische toestand van dat moment zoveel mogelijk werd vastgezet. Die ‘instant-foto’ van de bladsamenstelling maakte het mogelijk om precies te volgen welke verbindingen op dat moment gevormd werden.
Vervolgens brachten de onderzoekers met massaspectrometrie in kaart hoe koolstof in de loop van de tijd in verschillende bladstoffen – waaronder folaten – terechtkwam. Door deze procedure maandenlang te herhalen, bij omstandigheden mét en zonder actieve fotorespiratie, ontstond een rijk tijdsbeeld van de koolstofstroom in het blad. De verzamelde data werd ingevoerd in een computationale analyse, waarmee het aandeel van fotorespiratie in de folaatsynthese kon worden gekwantificeerd. Het resultaat is opvallend helder: onder normale omstandigheden gaat circa 6 procent van de opgenomen koolstof naar folaten, maar wanneer fotorespiratie wordt onderdrukt of minder nodig is, daalt dit tot ongeveer 1 procent.
Die getallen schetsen een concreet scenario voor de toekomst van onze voeding. Naarmate de CO₂-concentratie in de atmosfeer stijgt, zal fotorespiratie minder vaak plaatsvinden. Als gevolg daarvan stokt een belangrijk aanvoertraject voor folaatproductie. Dat maakt planten mogelijk minder voedzaam. Vooral in regio’s waar het dieet voor een groot deel bestaat uit één of enkele hoofdgewassen – denk aan rijst – kan een verschuiving in de folaatinhoud een directe impact hebben op de volksgezondheid. Folaat is immers geen luxe, maar een noodzakelijk micronutriënt die het lichaam niet zelf aan kan maken.
Oplossingen
De studie biedt tegelijk ook een aanknopingspunt voor oplossingen. Door beter te begrijpen hoe fotorespiratie de aanmaak van folaten voedt, kunnen onderzoekers gerichter werken aan het kweken van gewassen met een hogere folaatproductie. Dat kan variëren van het selecteren van soorten die hun koolstofstroom efficiënter richting folaten sturen tot biotechnologische aanpassingen die dit pad versterken. Het doel is in ieder geval helder: planten ontwikkelen die ook in een CO₂-rijkere wereld voldoende vitamine B9 blijven leveren. Volgens Walker is dit hard nodig: niet iedereen heeft namelijk de mogelijkheid om simpelweg extra vitamines te slikken om zo een vitaminetekort te ontduiken.
Deze bevindingen herwaarderen een proces dat lang de reputatie had vooral energie te kosten. Fotorespiratie blijkt geen nutteloze omweg, maar een schakel in de interne recycling van de plant die ook de bouwstenen levert voor een onmisbare vitamine. Dat inzicht maakt de weg vrij voor gerichte verbeteringen aan onze voedselgewassen – met het oog op een klimaat en een atmosfeer die veranderen, maar ook met het oog op de mensen die ervan afhangen.
