Shape shifting RNA

Plant & zo

The science of plants and more


Shape shifting RNA

For lots of plants it is important to know when it is winter, and when winter is gone. They adjust their growth accordingly. Plants, for example, often flower only after they have gone through a period of cold. We know lost about how plants are regulating this. But how plants perceive cold remains a question to be answered.

Now researchers from England showed how one of the regulators of flowering is changing shape when the temperature changes. The regulator in question is the RNA molecule COOLAIR. COOLAIR influences how much of the flower-repressor is present. Is it warm, then COOLAIR allows lots of the flower-repressor. But is it cold, then COOLAIR is turning off the flower-repressor, allowing the plant to flower. But how COOLAIR is doing this was up to now unknown.

Just like proteins RNA-molecules fold into shape. The shape of proteins is largely temperature independent. In contrast the shape of RNA molecules changes depending on the temperature. To analyse into which shape COOLAIR fold itself when it is warm or cold the researchers developed a method to determine the shape of each individual RNA molecule. This showed the researchers that COOLAIR has four favourite folds.


By having a specific cold fold, COOLAIR is influencing the flower-repressor only when it is cold


Two of those occur both during warm and cold temperatures, although in a different ratio. Of the other two folds, one is observed during warm temperatures, while the other is there only when it is cold. The researchers noticed that the cold specific fold was distinctly differently folded in one place compared to the other observed COOLAIR folds. This gave the researchers a hind how COOLAIR could turn off the flower-repressor.

Using mutations the researchers changed the shape of the cold specific COOLAIR fold, to test if unique cold specific COOLAIR fold was responsible for turning off the flower-repressor. Subsequently the researchers studied the COOLAIR mutant plants. The plants with the COOLAIR mutation turned off more of the flower-repressor than the non-mutated plants. Moreover, they were also flowering quicker after a period of cold. The cold COOLAIR-variant is responsible for switching off the flower-repressor.

By having a specific cold fold, COOLAIR is influencing the flower-repressor only when it is cold. And a change in this cold-COOLAIR fold is influencing when a plant is flowering. As this is showing, RNA molecules help plants to perceive temperature changes. Through shape shifting by changing temperatures. In this way RNA molecules can change function in response to a changing environment without receptor intermediates. Enabling COOLAIR to respond to cooler air.

Literature

Yang, M., Zhu, P., Cheema, J., Bloomer, R., Mikulski, P., Liu, Q., Zhang, Y., Dean, C., Ding, Y. (2022) In vivo single-molecule analysis reveals COOLAIR RNA structural diversity. Nature https://doi.org/10.1038/s41586-022-05135-9

Van vorm veranderende RNA

Plant & zo

Plantenwetenschap en meer


Van vorm veranderende RNA

Voor veel planten is het van groot belang om de te weten wanneer het winter is, en wanneer deze weer is afgelopen. Ze passen hun groei en ontwikkeling hierop aan. Zo bloeien veel planten vaak pas nadat ze een periode van kou hebben ondergaan. Veel is er al bekend over hoe planten dit regelen. Maar hoe planten temperatuur waarnemen blijft een vraag.

Nu hebben onderzoekers in Engeland laten zien dat een van de regulatoren van bloei veranderd van vorm wanneer de temperatuur veranderd. Het gaat over het RNA-molecuul COOLAIR. COOLAIR beïnvloed hoeveel van de bloei-onderdrukker aanwezig is. Is het warm dan laat COOLAIR toe dat er veel van de bloei-onderdrukker is, maar is het koud dan zet COOLAIR de bloei-onderdrukker uit. Na de winter is er zo geen bloei-onderdrukker, en kan de plant gaan bloeien. Maar hoe COOLAIR dit doet was tot nu toe onbekend.

Net als eiwitten vouwen RNA-moleculen zich op. Bij eiwitten is dit grotendeels onafhankelijk van de temperatuur. De vorm van RNA-moleculen daar en tegen veranderd afhankelijk van de temperatuur. Om te analyseren welke vormen COOLAIR heeft bij warme en koude temperatuur, ontwikkelde de onderzoekers een methode om van elk individueel RNA-molecuul de vorm te bepalen. Zo ontdekte de onderzoekers dat COOLAIR vier favoriete vormen heeft.


Door een specifieke koude vorm te hebben beïnvloed COOLAIR de bloei-onderdrukker alleen wanneer het koud is


De eerste twee vormen komen bij zowel warm als koud weer voor, al zijn de verhoudingen net iets anders. Van de andere twee vormen komt er een voornamelijk bij warm weer en de andere voornamelijk bij koud weer voor. De vorm die alleen bij koud weer voorkwam was op een plek anders gevouwen dan alle andere ontdekte vormen. Dit gaf de onderzoekers een aanwijzing hoe COOLAIR de bloei-onderdrukker kon uitschakelen.

Om te testen of de specifieke koude vorm verantwoordelijk was veranderede de onderzoekers met behulp van mutaties alleen de vorm van de koude specifieke COOLAIR. Vervolgens bestudeerde deze COOLAIR-mutanten planten. De COOLAIR-mutanten zette veel meer van de bloei-onderdrukker uit dan de niet gemuteerde planten. Ook bloeide deze planten sneller na een koude periode. De koude COOLAIR-variant is verantwoordelijk voor het uitschakelen van de bloei-onderdrukker.

Door een specifieke koude vorm te hebben beïnvloed COOLAIR de bloei-onderdrukker alleen wanneer het koud is. En veranderingen van deze vorm heeft invloed op wanneer de plant bloeit. RNA-moleculen blijken de plant te helpen met het waarnemen van temperatuurveranderingen. Door van vorm te veranderen bij verandering van temperatuur. RNA-moleculen kunnen zo van functie veranderen zonder tussenkomst van een receptoren.

Literatuur

Yang, M., Zhu, P., Cheema, J., Bloomer, R., Mikulski, P., Liu, Q., Zhang, Y., Dean, C., Ding, Y. (2022) In vivo single-molecule analysis reveals COOLAIR RNA structural diversity. Nature https://doi.org/10.1038/s41586-022-05135-9

Manipulative intruders

Plant & zo

The science of plants and more


Manipulative intruders

Pathogens are shrewd operators while entering a plant and stealing its nutrients. They use proteins that manipulate the plant, preventing it from noticing the intruders. Most of them work hard to repress the plant’s immune response. So that it cannot raise the alarm. But this turned out not to be true for the manipulative protein Six5 of the fungus Fusarium oxysporum.

Fusarium oxysporum is the cause of vascular wilt disease. The fungus is entering the plant through its roots, and finally nestles itself in the transport system of the plant. To get there, the fungus manipulative proteins are essential. Mostly these manipulators work alone, but Avr2 and Six5 are forming a pair. Dutch and British researchers studied what mischief they were up to.

Of Avr2 it is known that it is suppressing the plant’s immune system. To find out if Six5 is doing this as well, the researchers created plants that make six5 themselves. Subsequently the researchers analysed how these plants deal with infections. In contrast to plants that make themselves Avr2, plants that make Six5 mostly do not react differently to infections than plants without Six5. Except when Avr2 is brought in through the pathogen, then, so noticed the researchers, the infection starts of quicker. Six5 by itself is not suppressing the immune system. But what is doing?


Six5 helps other fungal manipulators to spread faster


To efficiently suppress the immune system of the plant it is useful for the fungal manipulators to move quickly from cell to cell. Plant cells have for their own communication small connections between cells, plasmodesmata. Through these throughfares molecules and small proteins can travel. For the manipulators the ideal way to spread.

The researchers studied if Six5 and Avr2 could influence the size of these throughfares. For this they infected leaves with Six5, Avr2 and fluorescent proteins. Only when the throughfare of the plasmodesmata are big enough can the fluorescent proteins travel to neighbouring cells. The researchers noticed that without Six5 and Avr2 the fluorescent proteins did not travel outside their cell, but with Six5 and Avr2 present they did. Six5 and Avr2 increased the throughfare between the cells. Making it easier for manipulative fungal proteins to travel from cell to cell.

Manipulator Six5 is playing a crucial role during the Fusarium oxysporum infection. It helps other fungal manipulators to spread faster. So, the fungus can nestle itself inside the plants transport system before the plants immune system notices that there is an unwelcome visitor.

Literature

Blekemolen MC, Cao L, Tintor N, de Groot T, Papp D, Faulkner C and Takken FLW (2022) The primary function of Six5 of Fusarium oxysporum is to facilitate Avr2 activity by together manipulating the size exclusion limit of plasmodesmata. Front. Plant Sci. 13:910594. doi: 10.3389/fpls.2022.910594

Manipulatieve binnendringers

Plant & zo

Plantenwetenschap en meer


Manipulatieve binnendringers

Ziektemakers gaan gehaaid te werk om een plant binnen te dringen en z’n voedingstoffen te stelen. Ze zetten eiwitten in die de plant manipuleren, zo voorkomen ze dat de plant in de gaten heeft dat er binnendringers zijn. De meeste onderdrukken het immuunsysteem van de plant. Die kan dan geen alarm slaan. Maar voor manipulatie eiwit Six5 van de schimmel Fusarium oxysporum bleek dit niet te gelden.

Fusarium oxysporum is de veroorzaker van de verwelkingsziekte. De schimmel komt de plant via de wortels binnen om zich vervolgens in het transportsysteem van de plant te nestelen. Om dit voor elkaar te krijgen zijn de manipulatie eiwitten van de schimmel essentieel. Meestal werken deze manipulators alleen, maar Avr2 en Six5 vormen een paar. Nederlandse en Britse onderzoekers onderzochten wat ze in de plant uitspookte.

Van Avr2 was al bekend dat dit eiwit het immuunsysteem voor de plant onderdrukt. Om te kijken of Six5 dit ook doet, maakte de onderzoekers planten die zelf Six5 maken. Vervolgens keken de onderzoekers hoe deze planten met infecties omgingen. In tegenstelling tot planten die zelf Avr2 maken, reageerde planten met Six5 meestal niet anders op infecties dan planten zonder Six5. Behalve als de ziektemaker Avr2 met zich meebracht, dan, zo zagen de onderzoekers, ging de infectie sneller van start. Six5 onderdrukt dus zelf niet het immuunsysteem. Maar wat doet het dan wel?


Six5 helpt de andere schimmel manipulatoren zich sneller te verspreiden


Om het immuunsysteem van de plant goed te onderdrukken is het handig voor de manipulators om snel van cel naar cel te reizen. Plantencellen hebben voor hun eigen communicatie kleine verbindingen tussen cellen, plasmodesmata. Door deze openingen kunnen moleculen en kleine eiwitten. Voor manipulators de ideale manier om zich te verspreiden.

De onderzoekers bestudeerde of Six5 en Avr2 de grote van deze openingen beïnvloede. Hiervoor infecteerde ze balderen met Six5, Avr2 en fluorescerende eiwitten. Alleen wanneer de opening groot genoeg is kunnen de fluorescerende eiwitten naar buurcellen reizen. De onderzoekers zagen dat zonder Six5 en Avr2 de fluorescerende eiwitten in hun eigen cel bleven, maar met Six5 en AvR2 zaten ze ook bij de buren. Six5 en Avr2 beïnvloede de grote van de opening. Manipulatieve schimmel eiwitten kunnen zo makkelijker van cel naar cel verspreiden.

Manipulator Six5 speelt hierdoor een cruciale rol in de Fusarium oxysporum infectie. Het helpt de andere schimmel manipulatoren zich sneller te verspreiden. Hierdoor kan de schimmel zich in het transportsysteem van de plant nestelen voordat het immuunsysteem door heeft dat er een ongenode gast is.

Literatuur

Blekemolen MC, Cao L, Tintor N, de Groot T, Papp D, Faulkner C and Takken FLW (2022) The primary function of Six5 of Fusarium oxysporum is to facilitate Avr2 activity by together manipulating the size exclusion limit of plasmodesmata. Front. Plant Sci. 13:910594. doi: 10.3389/fpls.2022.910594

%d bloggers like this: