Inheriting mitochondria

Inheriting mitochondria

Like most eukaryotes, plants get their mitochondria from one of their parents. Most often it is the maternal line that provides them. But like all systems sometimes the mitochondria from the non-contributing parent make it through. Now a group of international researchers found out that in tobacco (Nicotiana tabacum) paternal mitochondria slip through more often than first thought.

While mitochondria are randomly distributed between the daughter cells during division, when two germ cells fuse together only one set of mitochondria can be found in the resulting zygote, often those of mum. But why the mitochondria of the other parent sometimes slip through is really known. It is estimated that this happens 0.0016% of the time.

Ideal phenotype

As you can imagen studying something that only rarely occurs requires large numbers. This can make the work labour intensive. To avoid this the researchers first developed a line with a reliable mitochondrial-linked phenotype. By deleting the mitochondrial NAD9 gene the researchers created a line which germinated much slower than plants that did contain NAD9. This gave them a good phenotype by which to quickly recognize plants which had inherited their mitochondria from a NAD9 containing parent.

The researchers subsequently fertilized flowers from this slow germinating plants with pollen from normal germinating plants. Germinating 1000 of the resulting seeds they found 5 plants that germinated much faster than their siblings. Analysis of those quickly germinating seedlings showed that they contained mitochondria with NAD9, while their slow germinating siblings did not.

Moreover, the researchers found that not all cells in the NAD9 mitochondria containing plants had only NAD9 containing mitochondria. An extreme example of this was one seedling that had NAD9 containing mitochondria in its roots but not in its shoots. This made the researchers realise that most likely they missed some of the plants that did inherit its paternal NAD9 containing mitochondria, but that it only ended up in a few cells.

Happens more often

To confirm this the researchers developed a more sensitive screening method. Directly testing how much NAD9 was present in the seedlings. Surprisingly the researchers found that when growing the plants at 25°C about 0.18% of the offspring inherited their paternal mitochondria. This changed when the plants were grown at 10°C, then 0.78% inherited their paternal mitochondria. This was due to the fact that more mitochondria end up in pollen developed at colder temperatures.

The researchers made this extra visible in a paternal line that missed one of the genes responsible mitochondria degradation in pollen. 7.34%  of offspring of those plants grown at 10°C inherited their paternal mitochondria.

So paternal mitochondria inheritance is not as unusual as was believed. It might even be so that stressful situations, like pollen development at cold temperatures increase the chances of inheriting mitochondria from both parents as a way to increase chances of survival.

Literature

Gonzalez-Duran, E., Liang, Z., Forner, J. et al. High-frequency biparental inheritance of plant mitochondria upon chilling stress and loss of a genome-degrading nuclease. Nat. Plants (2026). https://doi.org/10.1038/s41477-026-02242-7

Thanks for reading.
If you like what you read, support me with on of the following actions

🍵 Buy me a tea

Follow me on LinkedIn or BlueSky
Share it with a friend or co-worker
Singing up to my newsletter so my next blog lands directly in your inbox

Mitochondria erven

Mitochondria erven

Zoals de meeste eukaryoten krijgen planten hun mitochondria van een van hun ouders. Meestal is het de vrouwelijke lijn die ze doorgeeft. En zoals met alle systemen, soms glippen de mitochondria van de niet bijdragende ouder er doorheen. Nu laat een groep van internationale onderzoekers zien dat bij tabak (Nicotiana tabacum), de mannelijke mitochondria er vaker doorheen glippen dan ze eerst dachten.

Daar waar bij celdeling mitochondria willekeurig worden verdeeld, kan na het samensmelten van twee geslachtscellen maar een set mitochondria worden teruggevonden, meestal die van de moeder. Maar waarom de mitochondria van de andere ouder er soms wel doorheen glippen is niet veel bekend. De schatting is dat dit in 0.0016% van de gevallen gebeurt.

Ideaal fenotype

Zoals je kan indenken om iets te bestuderen dat zo weinig voorkomt zijn grote aantallen nodig. Iets dat het werk behoorlijk arbeidsintensief kan maken. Om dat te voorkomen ontwikkelde de onderzoekers een lijn met een betrouwbaar mitochondria gelinkt fenotype. Door het verwijderen van het mitochondria NAD9 gen verkregen de onderzoekers een lijn die veel langzamer ontkiemde dan planten die NAD9 nog wel hadden. Dit gaf de onderzoekers een fenotype waarmee ze snel konden herkennen of planten hun mitochondria van een NAD9 bevattende ouder hadden geërfd.

De onderzoekers bestoven vervolgen de bloemen van de langzaam ontkiemende planten met stuifmeel van normaal ontkiemende planten. Na ontkieming van 1000 van de resulterende zaden vonden de onderzoekers 5 planten die sneller ontkiemden dan hun broers of zussen. Analysis liet vervolgens zien dat de snel ontkiemede zaailingen mitochondria met NAD9 bevatten terwijl de langzaam ontkiemende zaailingen dat niet hadden.

Verder vonden de onderzoekers dat niet alle cellen in de NAD9 mitochondria bevattende planten ook NAD9 bevattende mitochondria bevatten. Een extreem geval hiervan was een zaailing dat alleen NAD9 bevattende mitochondria in z’n wortels had maar niet in z’n stengel. Hierdoor realiseerde de onderzoekers dat ze waarschijnlijk planten gemist hadden die hun vaderlijke mitochondria hadden geërfd.

Gebeurt vaker

Om dit te bevestigen ontwikkelde de onderzoekers een gevoeliger screening methode. Die direct testte hoeveel NAD9 aanwezig was in de zaailingen. Verrassend genoeg vonden de onderzoekers bij planten die groeide bij 25°C ongeveer 0.18% van de nakomelingen de vaderlijke mitochondrie erfde. Dit was nog meer wanneer de planten bij 10°C groeide, dan erfde ongeveer 0.78% van de nakomelingen vaderlijke mitochondria. Dit bleek te komen doordat meer mitochondria in de stuifmeelkorrels terecht kwamen wanneer deze zich ontwikkelde bij koude temperaturen.

De onderzoekers maakte dit extra zichtbaar door vaderlijke lijnen te gebruiken dat een van de genen mist die mitochondria in stuifmeelkorrels afbreekt. 7.34% van de nakomelingen van die planten groeiend bij 10°C bleken de vaderlijk mitochondria te erven.

Dus de vaderlijke mitochondria overerving is niet zo ongebruikelijk als in eerste instantie werd aangenomen. Het kan zelfs zo zijn dat in stressvolle situaties, zoals stuifmeelkorrel ontwikkeling bij koude temperaturen, de kansen vergroot om mitochondria van beide ouders te erven als een manier om de overlevingskansen te vergroten.

Literatuur

Gonzalez-Duran, E., Liang, Z., Forner, J. et al. High-frequency biparental inheritance of plant mitochondria upon chilling stress and loss of a genome-degrading nuclease. Nat. Plants (2026). https://doi.org/10.1038/s41477-026-02242-7

Bedankt voor het lezen
Vond je het interessant, overweeg dan een van de volgende acties

🍵 Buy me a tea

Volg me op LinkedIn of BlueSky
Stuur het door aan een vriend of collega
Abonnneer je op m’n nieuwsletter zodat de volgende automatisch in je inbox verschijnt.

A genetic roadmap of a barley spikelet

A genetic roadmap of a barley spikelet

In their study in how things work each generation of scientists zooms in deeper. When studying living organisms this is not surprising, as the more we learn the more we realize that tissues are not homogenous, and that cell fates are often determined before any outward markers are visible. One of such zoom in experiment is that of a group of German researchers who mapped the gene expression of individual barley spikelet cells.

When looking at a developing barley spikelet, on which the flowers and subsequent seeds develop, different stem cell types can be seen. They are organised like rungs of a ladder, with on the top cells with the inflorescent meristem identity. These cells can still develop in all the different cell types present in the spikelet. But going down the ladder they become more specialised. For some specializations the endpoint is halfway down the ladder, others don’t reach their destination till they reached the ground, like those of the developing stamen.

At each step down the ladder gene expression decisions are made that influence into what kind of cell the cell develops next. And it is those decisions that the researchers wanted to discover.

Single cell gene expression

Now one way of finding out which genes are expressed at each stage of the development is to extract the RNA from the whole spikelet and put through the sequencer. This will give you the changes in gene expression alright. But considering that the developing spikelet, containing all those development stages is only a few millimetres big, what you get is just the average difference for the average developmental stage. From this it is impossible to distinguish between decisions of individual cells.

To overcome that problem the researchers did things a little different. They still harvested the whole spikelet. But then the cut up the spikelet with cell wall digesting enzymes, giving them a slurry of individual cells. Subsequently the researchers determined for each individual cell which genes were active.

Creating a map

Based on that the researchers could cluster the cells to different groups, like a group of phloem cells. But they did not know yet where on the spikelet those cells originated from. To find out, and to give a more detailed label to each group, the researchers selected 100 genes which could function as a marker. For 86 of those and actual marker was developed, and 81 of the markers found a match on the barely spikelet. Giving them a gene expression atlas of the developing barley spikelet.

But that was not all, because the developing barley spikelet contains all the developing stages, from inflorescent meristem all the way up to the developing stamen and gynoecium, the female parts of the flower, this atlas is also a genetic roadmap for its development.

Literature

Demesa-Arevalo, E., Dӧrpholz, H., Vardanega, I. et al. Imputation integrates single-cell and spatial gene expression data to resolve transcriptional networks in barley shoot meristem development. Nat. Plants 12, 107–124 (2026). https://doi.org/10.1038/s41477-025-02176-6

Thanks for reading.
If you like what you read, support me with on of the following actions

🍵 Buy me a tea

Follow me on LinkedIn or BlueSky
Share it with a friend or co-worker
Singing up to my newsletter so my next blog lands directly in your inbox

Genetische kaart van een gerst-aartje

Genetische kaart van een gerst-aartje

Tijdens hun studie naar hoe dingen werken zoomt elke generatie onderzoekers dieper in. Voor de studie van levende organismes is dit niet verrassend als hoe meer we leren hoe meer we realiseren dat weefsels niet homogeen zijn, en dat het lot van de cel vaak al beslist is voordat de uiterlijke kenmerken dat doorgeven. Een zo’n dieper inzoom experiment is dat van een groep van Duitse onderzoekers die de genexpressie van individuele cellen van gerst-aartjes in kaart brachten.

Bestudering van een zich ontwikkelende gerst-aartje, waaraan de bloemen en vervolgens zaden groeien, laat verschillende soorten stamcellen zien. Op de aar zijn die georganiseerd als sporten van een ladder, met boven aan de cellen met een bloei groeikern identiteit. Deze cellen kunnen zich nog ontwikkelen tot alle in de aar aanwezige cellen. Maar bij het afdalen van de ladder raken de cellen meer en meer gespecialiseerd. Voor sommige specialisaties is het eindpunt al halverwege de ladder, andere bereiken hun bestemming pas wanneer ze de op de grond komen, zoals die van de ontwikkelende meeldraden.

Bij elke stap naar benden worden genexpressie beslissingen gemaakt die beïnvloeden in wat voor cel de cel zich vervolgens tot ontwikkeld. Het zijn deze beslissingen waarin de onderzoekers geïnteresseerd in zijn.

Enkele cel genexpressie

Nu is een manier om erachter te komen welke cellen actief zijn gedurende elk stadium van de ontwikkeling de extractie van RNA van de hele aar en deze vervolgens door de sequencer te halen. Dit geeft je een prima overzicht van de veranderingen in genexpressie. Maar gezien dat de ontwikkelende aar, met alle verschillende ontwikkelingsstadia maar een paar millimeter groot is, krijg je hier enkel het gemiddelde verschil voor de gemiddelde ontwikkelingsstadia. Wat het onmogelijk maakt om onderscheid te maken tussen de beslissingen van individuele cellen.

Om dit probleem te verhelpen deden de onderzoekers het anders. Ze bemonsterde nog steeds de hele aar. Maar daarna knipte ze de aar op met behulp van celwand verterende enzymen, resulterend in een slurry van individuele cellen. Van deze cellen bepaalde de onderzoekers elk afzonderlijk welke genen actief waren.

Het maken van een kaart

Op basis van die genexpressie konden de onderzoekers de cellen groeperen in verschillende groepen, zoals een groep voor het floëem. Maar dat vertelde ze nog niet waar op de aar de cellen vandaan kwamen. Om dat uit te vinden, en voor een gedetailleerde label voor elke groep, selecteerde de onderzoekers 100 genen die als merker konden functioneren. Voor 86 van deze lukte het om een merker te maken en 81 van die merkers vonden een match op de gerst-aar. Dit gaf de onderzoekers een genexpressie atlas van de ontwikkelende gerst-aar.

Maar dat was nog niet alles. Omdat de ontwikkelede gerst-aar alle verschillende ontwikkelingsstadia bevat, van het begin van de bloeistengel tot de ontwikkelende meeldraden is deze atlas ook een kaart voor z’n ontwikkeling.

Literatuur

Demesa-Arevalo, E., Dӧrpholz, H., Vardanega, I. et al. Imputation integrates single-cell and spatial gene expression data to resolve transcriptional networks in barley shoot meristem development. Nat. Plants 12, 107–124 (2026). https://doi.org/10.1038/s41477-025-02176-6

Bedankt voor het lezen
Vond je het interessant, overweeg dan een van de volgende acties

🍵 Buy me a tea

Volg me op LinkedIn of BlueSky
Stuur het door aan een vriend of collega
Abonnneer je op m’n nieuwsletter zodat de volgende automatisch in je inbox verschijnt.