Stomata done differently

Stomata done differently

Stomata, the pores in the leaves through which plants exchange gas and water vapor, are well studied in the model plant Arabidopsis. But in some plants like succulents, they look a little bit different and have these accompanying “wingmen” cells. Now a new study in Science Advances found clues for their function and how they are formed.

In most plant stomata are formed by two kidney shaped cells that are surrounded by the like puzzle pieces formed pavement cells on the underside of the leaf. The development of those breathing pores is tightly regulated. Only cells that got the destination “meristemoid mother cell” can develop into stomata. This happens through two rounds of cell division. First an asymmetrical one, and then the smallest daughter cell divides again, but this time symmetrically, with each daughter cell forming one of the two kidney shaped stomata cell.

Wingmen

But when looking at the stomata of succulents, like Kalanchoë laxiflora, you see that between the stomata and the pavement cell there are three smaller cells that completely surround the kidney shaped stomata cells. These are the so-called subsidiary cells. You can think of them as wingmen of the kidney formed cells. The researchers of this new study wanted to find out what those cells do and how they are formed.

First what they do. By monitoring the potassium ions, which function as signal for the cell to take up more water, the researchers noticed that when the pores were closed the potassium ions were mainly seen in the “wingmen cells”. These cells swelled up, pressing the kidney shaped stomata cells closed. The opposite was the case when those stomata where open, the potassium ions could be found in the kidneys shaped cells.

So how do these “wingmen” cells form? To find out the researchers studied the formation of stomata. The noticed that after the first asymmetric cell division of cells destined to become stomata cells, the smallest cell underwent two more asymmetric cell divisions. Then divided three times asymmetrical with the larger cell undergoing the subsequent asymmetric division and the smaller cell becoming a “wingmen” cell. After this third division the largest daughter cell, surrounded the three “wingmen” cells, divides symmetrically to form the kidney shaped stomata cells.

A flipped gene

In Arabidopsis it is the gene regulator MUTE that makes sure to stop asymmetric cell division and to initiate the symmetric cell division required for the forming of the two kidney shaped cells. Surprisingly the researchers found that in Kalanchoë laxiflora, the two MUTE genes present were needed for the earlier asymmetric divisions. Those that occurred after switching from the ‘general’ stomata development pathway to the succulent stomata development pathway.

When there was more MUTE present in the succulents, more asymmetric “wingmen” cell creating cell divisions take place, before the final stomata forming symmetric cell division occurred. This was also supported by the observation that in those plants there were also more genes active that supported asymmetric cell division. This shows that succulents have repurposed the MUTE gene regulator.

This cleaver trick, which resulted in the creation of “wingmen” cells, helps succulents to survive in hot dry places. By having this extra support, the plants can keep their pores tightly shut during the day. Preventing unnecessary water loss.

Literature

 Xin Cheng et al., MUTE drives asymmetric divisions to form stomatal subsidiary cells in Crassulaceae succulents. Sci. Adv.12, eaeb8145(2026). https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.aeb8145

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

Huidmondjes maar dan anders

Huidmondjes maar dan anders

In de modelplant de zandraket zijn huidmondjes, de poriën in bladeren waardoor planten gas en waterdamp uitwisselen, goed bestudeerd. Maar sommige planten zoals vetplanten, zien huidmondjes er net iets anders uit, ze hebben begeleidende cellen. Nu heeft een studie in Science Advances aanwijzingen gevonden wat die cellen doen en hoe deze zich ontwikkelen.

In de meeste planten worden huidmondjes gevormd door twee niervormige cellen die omringt zijn door op puzzel stukjes lijkende cellen aan de onderkant van het blad. De ontwikkeling van deze ademde poriën is strikt gereguleerd. Alleen cellen met de bestemming tot huidmondje kunnen zich tot huidmondjes ontwikkelen. Dit gebeurt via twee celdelingsronden. Eerst een asymmetrische, hierna deelt de kleinste dochtercel nog een keer maar ditmaal symmetrisch waarbij elke dochtercel een van de twee niervormige cellen vormt.

Begeleidende cellen

Maar wanneer je de huidmondjes van vetplanten, zoals de Kalanchoë laxiflora, bestudeerd dan zie je dat tussen de huidmondjes en de puzzelvormige cellen nog drie kleinere cellen liggen die de huidmondjes helemaal omringen. Dit zijn de begeleidende cellen. De onderzoekers van de nieuwe studie vonden uit wat deze cellen doen en hoe ze zich ontwikkelen.

Om te beginnen wat doen ze. Door het monitoren van de kaliumionen, die functioneren als een signaal voor de cel om meer water op te nemen, zagen de onderzoekers dat wanneer de poriën dicht waren de kaliumionen zich voornamelijk in de begeleidende cellen bevonden. Deze cellen zwollen op en hielpen de niervormige huidmondjes cellen dicht te drukken. Het tegenovergestelde was het geval wanneer de huidmondjes open waren, dan waren er meer kaliumionen in de niervormige cellen.

Nu, hoe worden deze begeleidede cellen gevormd. Om dat uit te vinden bestudeerde de onderzoekers de vorming van de huidmondjes. Het viel ze op dat na de eerste asymmetrische celdeling van de cellen die bestemd zijn om huidmondjes te worden, de kleinste dochtercel nog twee asymmetrische celdelingen ondergaat. Daarna deelde de grotere dochtercel nog drie asymmetrische delingen waarbij de kleinste dochtercel zich tot begeleidende cel ontwikkelde. Na deze drie asymmetrische delingen was de grootste dochtercel omringt door de drie begeleidende cellen, en deelde vervolgens symmetrisch om de twee niervormige huidmondjes cellen te vormen.

Gedraaid gen

In de zandraket zorgt de genregulatie door MUTE ervoor dat de asymmetrische celdeling stopt en voor de overschakeling op symmetrische celdeling om de twee niervormige cellen te creëren. Verassend genoeg vonden de onderzoekers dat in Kalanchoë laxiflora de twee aanwezige MUTE genen nodig waren voor de eerdere asymmetrische delingen. Op het moment dat deze overgaan van de ‘algemene’ huidmondjes ontwikkeling naar de vetplanten specifieke huidmondjes ontwikkeling.

Wanneer er in vetplanten meer MUTE aanwezig is dan vinden er ook meer asymmetrische begeleidende cellen vormende celdelingen plaats voordat de uiteindelijke huidmondjes vormende symmetrische celdeling plaats vindt. Dit werd ook ondersteund door de observatie dat in deze planten er ook meer genen actief waren die asymmetrische celdeling bevorderen. Dit laat zien hoe vetplanten aan de MUTE gen-regulator een nieuwe functie hebben toebedeeld.

Deze slimme truc, die resulteerde in de formatie van de begeleidende cellen, helpt vetplanten om in hete droge plaatsen te overleven. Door dit extra support lukt het de planten om hun poriën goed dicht te houden gedurende de dag. Zo onnodig water verlies voorkomen.

Literatuur

Xin Cheng et al., MUTE drives asymmetric divisions to form stomatal subsidiary cells in Crassulaceae succulents. Sci. Adv.12, eaeb8145(2026). https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.aeb8145

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.

Rescued by wild genes

Rescued by wild genes

In the ever-ongoing arms race between crops and their pest scientist are kept busy by identifying new resistance mechanisms against new pests. Often these new resistance mechanisms are brought in through wild relatives, but pinning down the responsible genes is not easy. Now a new study by Israeli scientists illustrates that looking at the genomes of those contributing wild relatives might help.

The scientists where particular interested in the mechanisms behind the resistance of sunflowers to the parasite broomrape. Studies so far identified multiple resistant varieties, but ended up with the identification of only a single responsible gen, even though different mechanisms behind the resistance was expected.

Circumventing resistance

As broomrape is constantly finding new ways to circumvent sunflowers resistance, the first thing the researchers did was finding new resistant lines against two broomrape populations. For this they used a population of 287 varieties of cultivated sunflowers consisting out of inbred lines, open-pollinated varieties and landraces, but no wild relatives.

After finding the resistant lines, the researchers identified the genomic regions that are likely responsible for this. They used multiple tactics for this, resulting in the identification of 782 genomic regions. First, they identified those genomic regions on a sunflower reference genome. But the researchers did not stop there, they also mapped the regions to three other sunflower reference genomes. Through doing this they found that of the 782 genomic regions identified as likely to be involved in resistance to broomrape, only 30 of them were found in all four sunflower refence genomes analysed.

Found in wild relatives

In addition, the researchers mapped those resistance linked regions to the genome of six sunflower wild relatives. In total 19 of the resistance linked regions the researchers could find back in three of the wild relatives. Indicating that commercial sunflower lines obtained at least 19 traits from wild relatives. As only the refence genomes of six wild relative were consulted, there is the possibility that more resistance traits originated in sunflower’s wild relatives.

Having all these 782 genomic regions located in the multiple sunflower genomes enabled the researchers to make a start with the identification of the underlying resistance genes. Scanning the genome around these regions resulted in the identification of 474 candidate resistance genes.

Combined these results show why pangenomes, a collection of genomes of many individuals or varieties of a species, are valuable resources for finding novel traits. Especially, as novel traits when brought in from the outside, are likely to be more than a minor mutation. As such they are not captured in the main reference genome used, as shown in this study. A pangenome, in contrast, captures the complete width of a species and as such allows the mapping of the traits to the genome and the subsequent gene identification.

Literature

Dana Sisou, Hammam Ziadna, Mika Eizenberg-Weiss, Hanan Eizenberg, Sariel Hübner, Wild genes to the rescue: High-throughput genomics reveals the wild source of broomrape resistance in sunflower, Journal of Experimental Botany, 2026;, erag141, https://doi.org/10.1093/jxb/erag141

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

Gered door wilde genen

Gered door wilde genen

In de oneindige strijd tussen gewassen en hun plagen blijven wetenschappers bezig met het vinden van nieuwe manieren van resistentie. Vaak zijn deze nieuwe manieren afkomstig van wilde verwanten. Maar het identificeren van de verantwoordelijke genen is niet gemakkelijk. Een nieuwe studie door Israëlische onderzoekers illustreert dat het analyseren van de genomen van de bijdragende wilde verwanten kan helpen.

De onderzoekers waren vooral geïnteresseerd in het mechanisme achter de resistentie van zonnebloem resistentie tegen bremraap. Tot nu toe zijn in studies wel verschillende resistente variëteiten ontdekt, maar die resulteerde in de identificatie van maar een verantwoordelijk gen, ook al waren er indicaties dat er meerdere genen erachter zaten.

Resistentie omzeilen

Omdat bremraap steeds opzoek is om nieuwe manieren te vinden om de resistentie van zonnebloemen te omzeilen, was het eerste wat de onderzoekers deden zoeken naar nieuwe resistente variëteiten. Daarvoor gebruikte de onderzoekers een populatie van 287 gecultiveerde zonnebloem variëteiten.

Na het vinden van resistente lijnen identificeerde de onderzoekers de verantwoordelijke genomische regio’s. Hiervoor gebruikte ze meerdere technieken wat resulteerde in de identificatie van 782 genomische regio’s. Deze lokaliseerde de onderzoekers eerst op een referentie genoom. Maar daar stopte de onderzoekers niet. Ze lokaliseerde deze regio’s ook op nog eens drie andere referentie genomen. Hierdoor vonden ze dat van de 782 genomische regio’s die hoogstwaarschijnlijk betrokken zijn bij het verstrekken van resistentie tegen bremraap, maar 30 op alle vier de zonnebloem referentie genomen die de onderzoekers raadpleegde.

In wilde verwanten gevonden

Daarnaast, zochten de onderzoekers deze resistentie regio’s ook in de genomen van zes zonnebloem wilde verwanten. In totaal lukte het om 19 van de resistentie regio’s in drie van de genomen van de wilde verwanten te vinden. Dit laat zien dat de commerciële zonnebloem lijnen op z’n minst 19 resistentie gerelateerde eigenschappen van hun wilde verwanten kregen. Omdat maar in zes wilde verwanten genomen werd gezocht, is het mogelijk dat meer resistentie eigenschappen van de wilde verwanten komen.

Het lokaliseren van deze 782 genomische regio’s met behulp van meerdere zonnebloem genomen gaf de onderzoekers de mogelijkheid om de verantwoordelijke genen te identificeren. Het scannen van het genoom rondom elk van deze 782 regio’s resulteerde in 474 kandidaat resistentie genen.

Gecombineerd laten de resultaten zien waarom pangenomen, een collectie van genomen van veel individuelen of variëteiten van een soort, een waardevolle bron zijn voor het vinden van nieuwe eigenschappen. Vooral om dat nieuwe eigenschappen die van buitenaf komen vaak meer zijn dan een simpele mutatie. Met als gevolg dat ze niet voorkomen in de meest gebruikte referentie genoom van een soort, zoals in deze studie is aangetoond. Een pangenoom, in tegenstelling, omvat de complete breedte van een soort, wat de lokalisatie van eigenschappen op het genoom en de daaropvolgende gen identificatie mogelijk maakt.

Literatuur

Dana Sisou, Hammam Ziadna, Mika Eizenberg-Weiss, Hanan Eizenberg, Sariel Hübner, Wild genes to the rescue: High-throughput genomics reveals the wild source of broomrape resistance in sunflower, Journal of Experimental Botany, 2026;, erag141, https://doi.org/10.1093/jxb/erag141

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.