A new regulatory element enables bacterial uptake by plant cells

A new regulatory element enables bacterial uptake by plant cells

Nitrogen is essential for growth and development of plants. Although, it is widely available, this is often not in a form that is easily taken up by plants. One group of plants did find a way around this and symbiose with nitrogen fixing bacteria. For this the plants take up these nitrogen fixing bacteria, and house them in specific organs, nodules.

But which trait is enabling this is not completely clear. Known is that this trait most likely is acquired once by the las common ancestor.

First researchers thought that this trait must be a gen. But studying the genomes of plants that do and don’t symbiose with nitrogen fixing bacteria did not result in any candidates.

Regulatory element

That made a group of German, France and Japanese researchers look to regulator elements in the promotor of an essential gen, NIN, that is needed for the uptake and housing of nitrogen fixing bacteria. The promoter of a gene is located in front of the protein coding part of a gene and contains instructions in the form of regulatory elements for gen regulators.

The NIN gene occurs in both plants that do and don’t symbiose with nitrogen fixing bacteria. By comparing the NIN promoter of 37 plants the researchers discovered that only NIN promoters of plants that do symbiose with nitrogen fixing bacteria contain a regulatory element that the researchers called PACE.

Bacterial up take

Subsequently the researchers showed that genes with a PACE regulatory element in their promoter are active in the cells where nitrogen fixing bacteria enter the plant. The researchers also showed that in absence of a PACE regulatory element the NIN-gene is not active in the presence of nitrogen fixing bacteria, and that the plant is not taking these up.

In addition, the researchers placed the PACE regulatory element in front of the tomato NIN-gene. Tomato normally does not symbiose with nitrogen fixing bacteria. But when there was a PACE regulatory element in front of the tomato NIN-gene, then that gene was just as active as a NIN-gene from plants that do symbiose with nitrogen fixing bacteria. It is, therefore, the PACE regulatory element and not the NIN-gene, that gives plants the trait to take up nitrogen fixing bacteria.

Literature

Cathebras, C., Gong, X., Andrade, R.E. et al. A novel cis-element enabled bacterial uptake by plant cells. Nat. Plants (2026). https://doi.org/10.1038/s41477-025-02161-z

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

Een nieuw regulator element maakt bacterie opnamen door planten mogelijk

Een nieuw regulator element maakt bacterie opnamen door planten mogelijk

Stikstof is een vereiste voor de groei en ontwikkeling van planten. Ondanks dat het veel voorkomt, komt het meestal niet voor in een vorm die makkelijk opneembaar is voor planten. Een groep van planten heeft daarop iets gevonden en gaan de samenwerking aan met stikstof fixerende bacteriën. Hierbij laten deze planten de stikstof fixerende bacteriën binnen en huizen deze in speciale orgaantjes, wortelknobbeltjes.

Maar welke eigenschap dit nu mogelijk heeft gemaakt is niet helemaal duidelijk. Bekend is dat het hoogstwaarschijnlijk is dat deze eigenschap een keer door de laatste gemeenschappelijke voorouder is verworven.

Als eerste dachten de onderzoekers dat deze eigenschap een gen moest zijn. Maar bestudering van de genomen van planten die wel of geen samenwerking aangaan met stikstof fixerende bacteriën gaf geen uitsluitsel.

Regulator element

Daarop besloot een groep Duitse, Franse, en Japanse onderzoekers om te kijken naar regulator elementen in de promoter van een voor de opname en huizing van stikstof fixerende bacteriën essentieel gen, NIN. De promoter van een gen zit voor het eiwit coderende gedeelte van het gen, en bevat aanwijzingen in de vorm van regulator element voor gen regulatoren.

Het NIN-gen komt zowel voor in planten die de samenwerking met stikstof fixerende bacteriën aangaan als planten die dat niet doen. Door de NIN promoter van in totaal 37 planten te vergelijken ontdekte de onderzoekers dat alleen de NIN promoter van planten die de samenwerking met stikstof fixerende bacteriën aangaan een regulator element heeft dat de onderzoekers PACE noemde.

Bacteriën binnen laten

Vervolgens toonde de onderzoekers aan dat genen met een PACE regulator element in hun promoter actief zijn in de cellen waar de stikstof fixerende bacteriën om de plant binnen komen. Ook lieten de onderzoeker zien dat bij afwezigheid van PACE regulator element het NIN-gen niet actief is bij aanwezigheid van stikstof fixerende bacteriën en de plant deze dan niet binnen laat en in wortelknobbeltjes huist.

Daarnaast plaatste de onderzoekers het PACE regulator element voor het NIN-gen van tomaat, die normaal geen samenwerking aangaat met stikstof fixerende bacteriën. Stond er een PACE regulator element voor het tomaten NIN-gen, dan was dat gen net zo actief bij aanwezigheid van stikstof fixerende bacteriën als een NIN-gen van planten die de samenwerking aangaan met stikstof fixerende bacteriën. Het is dus het PACE regulator element en niet het NIN-gen dat planten de eigenschap geeft om de stikstof fixerende bacteriën binnen te laten.

Literatuur

Cathebras, C., Gong, X., Andrade, R.E. et al. A novel cis-element enabled bacterial uptake by plant cells. Nat. Plants (2026). https://doi.org/10.1038/s41477-025-02161-z

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.

Parasite plants give their development a headstart

Parasite plants give their development a headstart

For their nutrients are parasitic plants dependent on their host plant. Logically they make sure to time their germination accordingly. Parasitic plants only germinate when they perceive substances that indicate the presence of other plants, like the hormone strigalactone.

 After germination parasitic plants develop a specific organ, called the haustorium, which they use to latch, intrude and siphon off nutrients of their host. Up till now the assumption was that parasitic plants only develop an haustorium when they perceive specific haustorium inducing signals from their host. But now German and Austrian researchers show in “Seed metabolites headstart haustoriogenesis and potentiate aggressiveness of parasitic weeds” that seeds of parasitic plants themselves are releasing those haustorium stimulating substances.

Haustorium inducing substances

The researchers wanted to get more insights in how biochemical signals from host plants influence haustorium development. Therefore, the researchers stimulated the germination of the Phelipanche ramosa L. (Pomel). In contrast to what they expected, the seeds did not only germinate but also started the development of an haustorium. This last was unexpected as the researchers did not add any haustorium initiating substances.

Subsequently the researchers analysed if the seeds were giving off substances that stimulate haustorium development. This turned out to be the case. And that, when the concentration of these substances was too high, that this inhibits the development of the haustorium. The researchers also discovered that these substances increase when the seeds take up more water.

Subsequently the researchers analysed which substances the seeds were releasing. These appeared to mainly be hormones and cell wall metabolites. To test if these substances indeed stimulate the development of the haustorium, the researchers added these substances individually of in combination. Through this they confirmed that most of the substances indeed stimulate the development of the haustorium.

Other parasitic plants

This all raised the question if only Phelipanche ramosa L. (Pomel) stimulates its own haustorium in this way, or that other parasitic plants as well. Therefore, the researchers repeated the experiment with seeds from other parasitic plants. And those, they also appeared to spread their own haustorium stimulating substances.

Now at first instance this all seems illogical, the stimulation of the development of an haustorium without knowing if there is a hostplant nearby. Therefore, the researchers also looked at the success rate of parasitic pants. From this they found that parasitic plants whose seeds were washed to remove haustorium stimulating substances, were less successful than seeds that were not washed.

Parasitic plants therefore make sure themselves that after germination their haustorium develops. It is important to keep this in mind when developing strategies to protect crops against parasitic plants.

Literature

Guillaume Brun et al., Seed metabolites headstart haustoriogenesis and potentiate aggressiveness of parasitic weeds. Sci. Adv.11, eaea1449 (2025). DOI:10.1126/sciadv.aea1449

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

Parasiterende planten geven hun ontwikkeling een voorsprong

Parasiterende planten geven hun ontwikkeling een voorsprong

Parasiterende planten zijn voor hun voedingstoffen afhankelijk van hun gastheerplant. Logisch dus dat ze er van alles aan doen om hun groei daarop af te stemmen. Zo ontkiemen parasiterende planten als ze stoffen waarnemen die duiden op de aanwezigheid van andere planten, zoals het hormoon strigalactone.

Na ontkieming ontwikkelen parasiterende planten een speciaal orgaan, het zo genaamde haustorium, waarmee ze zich aan hun gastheer vastklampen, binnendringen, en voedingstoffen aftappen. Tot nu toe was de gedachte dat parasiterende planten alleen een haustorium ontwikkelde wanneer ze signalen van hun gastheer plant ontvingen die daartoe aanzette. Maar nu laten Duitse en Oostenrijkse onderzoekers in het artikel “Seed metabolites headstart haustoriogenesis and potentiate aggressiveness of parasitic weeds” zien dat zaden van parasiterende planten zelf die haustorium ontwikkeling stimulerende stoffen verspreiden.

Haustorium inducerende stoffen

De onderzoekers wilde meer inzicht krijgen over hoe de biochemische signalen van gastheerplanten de ontkieming en haustorium ontwikkeling beïnvloeden. Daartoe stimuleerde de onderzoekers de ontkieming van bremraap Phelipanche ramosa L. (Pomel). In tegenstelling tot de verwachting ontkiemde de zaden niet alleen, maar begon ook de ontwikkeling van de haustorium. Dit laatste was onverwacht omdat de onderzoekers geen haustorium ontwikkeling stimulerende stoffen had toegevoegd.

Daaropvolgend onderzochten de onderzoekers of de zaden zelf stoffen afgaven die haustorium ontwikkeling stimuleren. Daaruit bleek dat dit inderdaad het geval was. En dat, wanneer de concentratie van deze stoffen te hoog was, dit de ontwikkeling van de haustorium zelfs afremt. Ook ontdekte de onderzoekers dat deze stoffen toenemen naarmate de zaden meer water opnemen.

Vervolgens gingen de onderzoekers na welke stoffen de zaden afgaven. Het bleek voornamelijk hormonen en stoffen uit de celwand te gaan. Om te testen of deze stoffen inderdaad de ontwikkeling van de haustorium kunnen stimuleren, voegde de onderzoekers deze stoffen afzonderlijk of in combinatie toe. Hiermee ontdekte de onderzoekers dat de meeste geteste stoffen haustrium ontwikkeling stimuleren.

Andere parasiterende planten

Nu rees de vraag of alleen Phelipanche ramosa L. (Pomel) z’n eigen haustorium ontwikkeling stimuleert, of dat andere parasiterende planten dit ook doen. Daarom herhaalde de onderzoekers hun experimenten met zaden van andere parasiterende planten. En die, die bleken ook hun eigen haustorium stimulerende stoffen te verspreiden.

Het klinkt misschien in eerste instantie onlogisch, het stimuleren van een haustorium zonder zeker te weten of er ook een gastheerplant voorhanden is. Daarom keken onderzoekers ook naar hoe succesvol de parasiterende planten zich vastklampen en binnendrongen bij hun gastheerplant. Daaruit bleek dat parasiterende planten wiens zaden extra gewassen waren om de haustorium stimulerende stoffen weg te wassen, minder succesvol waren.

Parasiterende planten zorgen dus er zelf voor dat na ontkieming hun haustorium zich ontwikkelt. Dit is belangrijk om rekening mee te houden bij de ontwikkeling van strategieën om gewassen te beschermen tegen parasiterende planten.

Literatuur

Guillaume Brun et al., Seed metabolites headstart haustoriogenesis and potentiate aggressiveness of parasitic weeds. Sci. Adv.11, eaea1449 (2025). DOI:10.1126/sciadv.aea1449

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.