The old die to protect the young

The old die to protect the young

Flooding gives plants a big blow. Still, if the flooding doesn’t take too long, plants can survive due to a number of survival techniques. One of these is the shedding of old leaves. Now Dutch researchers show in a new study what happens after flooding.

Flooding is a shock for plants. Suddenly they are in a low oxygen state and can’t no longer photosynthesize. This initiates a number of different processes, like the restriction of stored energy use. You might think that resubmerging after a flood is all good news, but it actually gives plants a new shock. Suddenly oxygen flows back in, and due to the damaged roots plants have a drought like experience, even if the soil they are standing in is still quite moist.

If a plant survives flooding depends on a number of things, one of them the plant age. Older plants tend to die faster than younger ones. This same observation can be made for leaves. While the younger leaves recover, the older leaves die after resubmerging from the flood. The researchers wanted to find out why.

Dehydrated

The first thing they did was finding out which genes were active, during the flood and the recovering phase afterwards. They looked at both old and young leaves. Finding that while both leaves activate a flooding response, old leaves activated this response faster. In addition, young leaves were quick to turn those flood responding genes off again when the flood is gone. In old leaves, in contrast, the flood response kept going after resubmerging.

One of the visible differences between young and old leaves is that old leaves after flooding is that the older leaves look like to dehydrate faster. After confirming that these older leaves indeed loose water faster, the question rose what caused it. To control dehydration, plants use the hormone ABA to regulate stomata opening. Old leaves, in contrast to what was expected, did show a good activation of the ABA regulation. And there was no difference either in ABA production. However, young leaves of plants that could not respond to ABA showed a similar dehydration response after flooding as the older leaves. Suggesting that older leaves had become less sensitive to ABA, preventing to adequately prevent stomata opening during a drought.

Misfolding proteins

Another thing the researchers noticed when they looked at which genes where active during flooding and recovery, was the activity of genes that respond to a build up of misfolded proteins. Those genes were especially active in young leaves. This made the researchers wonder if they experienced a greater build up of misfolded proteins than older leaves. But that appeared not to be the case. Both young and old leaves got similar increased levels of misfolded protein build up. However, while the young leaves activated processes to deal with this, the older leaves did not. Resulting in greater damage in older leaves.

This all point towards why older leaves are quicker to die and might point to directions that breeders can look into to make crops more flooding resilient. At the same time I think it is important to also remember another fact. The dying of those older leaves after flooding occurs in a controlled matter, similar to leaves dying in autumn. This allows the recovering plants to reallocate resources to young and developing leaves and roots. Giving the plant time to grow new healthy leaves and restart the photosynthesis.

Literature

Tom Rankenberg, Maria Angelica Sanclemente, Hongtao Zhang, Hendrika ACF Leeggangers, Omar Orozco-Granados, Muthanna Biddanda Devaiah, Janet Rong Chao, Hans van Veen, Frederica L Theodoulou, Rashmi Sasidharan, Distinct processes contributing to post-submergence recovery determine leaf age-specific flood resilience in Arabidopsis, Plant Physiology, 2026;, kiag317, https://doi.org/10.1093/plphys/kiag317

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

De oude bladeren sterven om de jongen te beschermen

De oude bladeren sterven om de jongen te beschermen

Overstromingen geven platen een stevige optater. Toch kunne planten, zolang de overstroming niet te lang duurt, deze met behulp van een aantal overlevingstechnieken overleven. Een daarvan is het afstoten van oude bladeren. Nu laten Nederlandse onderzoekers in een nieuwe studie zien wat er na de overstroming gebeurt.

Overstromingen zijn een schok voor planten. Opeens hebben ze zuurstoftekort en kunnen ze geen fotosynthese uitvoeren. Dit is het startsein voor een aantal verschillende processen. Zoals een rem op het gebruik van opgeslagen energie. Nu kan je denken dat nadat het water weer gezakt is dat er alleen maar goed nieuws is, maar eigenlijk betekend dit een nieuwe schok voor planten. Opeens komt er weer zuurstof binnen, en door de beschadigde wortels is er een water te kort, zelfs als de grond waarin de planten staan nog behoorlijk nat is.

Of een plant dit alles overleeft hangt van een aantal dingen af zoals die van de leeftijd van de plant. Oudere planten hebben de neiging om sneller het loodje te leggen dan jongen planten. Eenzelfde observatie geldt voor bladeren. Terwijl jonge bladeren zich herstellen, sterven de oudere bladeren nadat het water gezakt is. De onderzoekers wilde weten waarom.

Gedehydreerd

Het eerste wat de onderzoekers deden was uitvinden welke genen actief zijn tijdens en na de overstroming. Dit deden ze voor oude en jonge bladeren. Ze vonden dat alhoewel beide bladeren een overstromingsreactie activeerde, deze in oude bladeren sneller opgang kwam. Ook zagen ze dat in jonge bladeren de overstromingsgenen snel weer uitgingen nadat de overstroming over was. In oudere bladeren bleef de overstromingsgenen juist actief.

Een van de zichtbare verschillen in herstel tussen jonge en oude bladeren na een overstroming is dat het lijkt dat oudere bladeren eerder gedehydreerd zijn. Na dit bevestigd te hebben, was er de vraag hoe dit komt. Om water verlies te voorkomen reguleren planten de sluiting van hun huidmondjes met behulp van het hormoon ABA. Oudere bladeren vertoonde in tegenstelling tot de verwachting een goede activatie van de ABA-regulering. Ook was er geen verschil in de productie van ABA zelf. Maar in planten die ongevoelig waren voor ABA reageerde de jonge bladeren op een vergelijkbare wijze op dehydratie als de oude bladeren na een overstroming. Dit suggereert dat oude bladeren minder gevoelig zijn voor ABA, dit zorgt ervoor dat ze minder goed kunnen voorkomen dat hun huidmondjes sluiten bij droogte.

Foutief gevouwen eiwitten

Een ander ding dat de onderzoekers opviel was dat wanneer ze keken naar de genen die actief waren tijdens en na de overstroming was de activiteit van genen die reageren op een ophoping van foutief gevouwen eiwitten. Deze genen waren voornamelijk actief in jonge bladeren. Hierdoor verwachte de onderzoekers een grotere ophoping van foutief gevouwen eiwitten in jonge bladeren. Maar dat bleek niet het geval. Jonge en oude bladeren hadden ongeveer eenzelfde toename aan foutief gevouwen eiwitten. Maar, terwijl jonge bladeren processen in gang zette om dit op te lossen, deden oudere bladeren dit niet. Met als gevolg grotere schade in oude bladeren.

Dit duidt allemaal waarom oudere bladeren sneller doodgaan en geeft ook aanwijzingen geeft voor veredelaars om planten minder overstromingsgevoelig te maken. Toch is het denk ik ook belangrijk om een ander feit te onthouden. Het afsterven van die oude bladeren na een overstroming gebeurt op een gecontroleerde manier, vergelijkbaar met het afsterven van bladeren in de herfst. Dit geeft herstellende planten de mogelijkheid om voedingstoffen vrij te maken om jonge en ontwikkelende bladeren en wortels te ondersteunen. Iets wat de plant de tijd geeft om nieuwe gezonde bladeren te groeien en de fotosynthese weer op te starten.

Literatuur

Tom Rankenberg, Maria Angelica Sanclemente, Hongtao Zhang, Hendrika ACF Leeggangers, Omar Orozco-Granados, Muthanna Biddanda Devaiah, Janet Rong Chao, Hans van Veen, Frederica L Theodoulou, Rashmi Sasidharan, Distinct processes contributing to post-submergence recovery determine leaf age-specific flood resilience in Arabidopsis, Plant Physiology, 2026;, kiag317, https://doi.org/10.1093/plphys/kiag317

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.

Shifting DNA markings

Shifting DNA markings

Markings on the DNA help plant cells ‘remember’. Who they are. In what developmental stage they are. Their environment. Now a new study in Communications Biology by Chinese researchers shows that during the early stages of embryo development these DNA marks shift frequently.

Epigenetic regulation is the regulation of gene expression by making the DNA. This can occur at two different levels. The first is direct attachment of a methyl marker to the DNA. The second occurs by leaving a mark on the histone proteins around which DNA is wrapped. Both types of markings make the DNA more, or less, accessible.

Together these markings help the cell ‘remember’ which type of cell it is. With ‘remembering’ at what stage of developmental development the plant of which the cell is part of is in. And with ‘remembering’ what kind of environmental stresses the plant came across. This ‘remembering’ happens through making parts of the genome accessible and by blocking others.

Embryo development

Most of the time these markings remain relatively stable, as not much is changing in the life of the plant. But sometimes changes are followed rapidly. One of those is during the early stages of embryo development. The stadia between a just fertilized egg and the differentiation into specific cell types follow in quick succession.

Up till now, due to difficulties isolating developing embryos, all studies looking at how the markings on the DNA change during embryo development have only looked at later stages of this development. Over the early stages, in which cells differentiate from a totipotent cell, all options open, into a specific cell type, only one option remains, little is known how the markings change. The researchers of this new study decided to change that. They were in particular interested in the directly to the DNA attached methyl markings.

By looking at five different early stages of developing tale cress, Arabidopsis, embryos, they found that during the early development markings changed location time and again. Showing that the cells get assigned different tasks at each stage. The researchers found by looking at the genes that are active at each stage of the development, that the changes of the markings correspond to the changes in which genes are active.

Equal markings

Lastly, they looked at it mattered for the DNA that got marked if it came from mum or dad. They did this by using parents who are genetically different from each other. For each difference in the DNA they looked if there was a marking and if this marking was on the DNA strand coming from mum or from dad. Finding that the DNA of mum is just as often marked as the DNA coming from dad.

So, in summary, the makings on the DNA that allow genes to be accessed or not, change rapidly during the early stages of embryo development, and corresponds with which genes are active and which not. This is a general feature, and not so much dictated by if a DNA strand is coming from mum or dad.

Literature

Wang, W., Huang, Y., Hou, C. et al. DNA methylation remodeling reveals epigenetic regulation of early embryogenesis in Arabidopsis hybrid. Commun Biol (2026). https://doi.org/10.1038/s42003-026-10245-5

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

Veranderende DNA-markeringen

Veranderende DNA-markeringen

Markeringen op het DNA helpen cellen met ‘herinneren’. Wie ze zijn. In welk ontwikkelingsstadia ze zitten. Hun omgeving. Nu laten Chinese onderzoekers in een nieuwe studie zijn dat tijdens de vroege stadia van embryo ontwikkeling deze DNA-markeringen regelmatig veranderen.

Epigenetische regulatie is de regulatie van genexpressie via het markeren van het DNA. Dit kan op twee verschillende manieren. De eerste is door het DNA direct te voorzien van een methyl marker. De tweede door een markering achter te laten op de histon eiwitten waarom het DNA gewikkeld zit. Beide type markeringen maken het DNA minder of juist beter toegankelijker.

Samen helpen deze markeringen de cel met het ‘herinneren’ wat voor type cel het is. Met het ‘herinneren’ in welk stadium van ontwikkeling de plant is waar de cel onderdeel van is. En met het ‘herinneren’ van wat voor soorten omgevingsstress de plant is tegengekomen. Dit ‘herinneren’ gebeurt door delen van het genoom toegankelijk te maken en door het blokkeren van andere delen.

Embryo ontwikkeling

Meestal zijn deze markeringen relatief stabiel, omdat er niet veel veranderd gedurende het leven van de plant. Maar soms volgen veranderingen elkaar snel op. Een van die perioden is tijdens de vroege stadia van embryo ontwikkeling. De stadia tussen wanneer de eicel net is bevrucht en het differentiëren van de cellen volgen elkaar snel op.

Tot nu toe, vanwege moeilijkheden met het isoleren van ontwikkelende embryo’s, keken alle studies die keken naar hoe de markeringen op het DNA veranderen naar de latere stadia van embryo-ontwikkeling. Over de veranderingen van de markeringen tijdens de vroege stadia, waarin de cellen differentiëren van een totipotente cel waarvan alle opties openliggen, in een specifiek celtype die een taak heeft, is weinig bekend. Daar besloten de onderzoekers van deze nieuwe studie verandering in te brengen. Ze waren vooral geïnteresseerd in de direct op het DNA zittende methyl markeringen.

Door naar vijf vroege stadia van ontwikkelende zandraket, Arabidopsis, embryo’s te kijken, zagen de onderzoekers dat tijdens de vroege ontwikkeling de markeringen telkens van plank veranderden. Dit laat zien dat in elk stadia de cellen een ander taak toebedeeld krijgen. De onderzoekers vonden door te kijken naar welke genen actief waren in elk stadia, dat de veranderingen van de markeringen correspondeert met de veranderingen van gen activiteit.

Gelijke markering

Als laatste keken de onderzoeker of het uitmaakte of het DNA dat gemarkeerd werd van mama of papa afkomstig was. Dit deden ze door ouders te gebruiken die genetisch van elkaar verschilde. Voor elk verschil in het DNA keken de onderzoekers of er een markering was en of deze markering op de DNA streng afkomstig van mama of papa zat. Ze vonden dat het DNA afkomstig van mama net zo vaak gemarkeerd werd als het DNA afkomstig van papa.

Dus samengevat, veranderen de markeringen op het DNA die ervoor zorgen of een gen afgelezen kan worden regelmatig tijdens de vroege embryo ontwikkelingsstadia, en dat dit correspondeert met welke genen actief zijn en welke niet. En dat dit een algemeen iets is, niet iets dat wordt bepaald door of de DNA streng van mama of papa afkomstig is.

Literatuur

Wang, W., Huang, Y., Hou, C. et al. DNA methylation remodeling reveals epigenetic regulation of early embryogenesis in Arabidopsis hybrid. Commun Biol (2026). https://doi.org/10.1038/s42003-026-10245-5

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.