Plant organ growth inside story

Plant organ growth inside story

The view was that the shape of plant tissues, including those of grains and fruits, is controlled by the pressure that the outermost tissue layers give to the inner tissues. A kind of mechanical feedback. But now a new study shows that the inner tissues also have a say in this.

Plants are shaped by the nature of their cells being connected by their cell walls. So, the direction a cell stretches and divides has a big influence on this. As you can imagen, being attached to your neighbours can cause some mechanical stress which in turn can influence how you grow. The authors in this latest study use stem growth as a way to study this.

Stem growth originates from the growth centre at the tip of the stem. Here a group of stem cells is located, who, with each division push one daughter cell to the outer regions of the growth centre. Either to the side, in which case the cells might end up in leaves, or as the outer layers of the stem, or straight down, in this last case the cells form the inner tissue of the stem. There they undergo more rounds of division, how these divisions are oriented determines among other things the width of the stem.

Thicker stems

One group of proteins that showed possible involvement in this where the subfamily 1a of the so-called IQD proteins. Wanting to find out more about what those proteins are doing, the researchers created plants without subfamily 1a IQD proteins. Plants who missed those proteins had flatter and rounded leaves and thicker stems.

Zooming in on the stem thickness the researchers found that while the stem was thicker its cells were not. The thickness came from the extra cells the researchers counted in a cross sections of the stem. But they found those only in the inner tissue of the stem, not its outer layers.

Next the researchers confirmed that the signal to create extra cells sideways came from the inner tissue and not from the outer layers. By giving plants without any subfamily 1a IQD proteins one subfamily 1a IQD protein back that was only active in the inner tissues the researchers found that the stem thickness was back to its original width. Suggesting that it is a signal that comes from the inner tissues that is telling the plant if and how many sideways divisions those cells are allowed to make.

Tracing the family tree

Lastly the researchers wanted to know how those cells that divides sideways behaved. Now the nice thing of plant cells being attached to each other is that you can reconstruct family trees of cell divisions. In this way the researchers noticed that below cells that had divided sideways, each daughter cell had its own file of cells. This means that after a sideways division both daughter cells then go on to divide vertical, which results in a stack of cells below each of those cells. You can see each cell of a stack of cells as subsequent generations of a single family.

While the study found that subfamily 1a IQDs are involved in controlling the orientation of the cell division during stem growth, how they do this the researchers haven’t found yet. But the interesting bit is, as the authors of the study point out, is the timing at which the inner tissues influence the stem thickness. Not at the later stages, when things like the development of the veins takes place, but early on in the development of the stem, when the lignification of the secondary cell walls and the mechanical constrain those bring along are not yet put in place. So, at a time when the tissue cell layers are not yet putting their will on the inner tissues

Now the researchers have found out that IQDs are involved in regulating the orientation of cell divisions and via that the shape of the plant, the next step is finding out how. But also, if and to what effect IQDs are involved in controlling grain and fruit shape. That they likely are shows an IQD homologue in rice, whose absence resulted in wider, but not shorter rice grains.

Literature

Yates et al., Control of plant organ growth linked to cell division orientation in inner tissues, Current Biology (2026), https://doi.org/10.1016/j.cub.2026.06.038

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

Het innerlijke verhaal van plant orgaan groei

Het innerlijke verhaal van plant orgaan groei

Het idee was dat de druk van de buitenste weefsellagen op de het weefsel binnen in de vorm van plantenweefsel, inclusief die van granen en fruit, controleert. Een soort van mechanische terugkoppeling. Maar nu laat een nieuwe studie zien dat het weefsel binnenin ook invloed heeft.

Planten worden gevormd door de eigenschap dat hun cellen aan elkaar vastzitten met hun celwanden. Dus, in welke directie een cel zich uitstrek of deelt heeft grote invloed. Zoals je kan indenken, dat vastzitten aan je buren brengt wat mechanische stress met zich mee dat beïnvloedt hoe je groeit. De auteurs van deze nieuwste studie gebruiken stengelgroei om dit te bestuderen.

Stengelgroei begint in het uiterste puntje van de stengel. Hier huist een groep van stamcellen die met elke deling een van hun dochtercellen naar de uiterste regio’s van de groeicenter duwt. Naar de zijkant, waar de cellen deel van bladeren gaan uitmaken of de buitenste lagen van de stengel vormen, of recht naar beneden, in dit laatste geval vormen de cellen het binnenste weefsel van de stengel. Hier ondergaan ze meer rondes van celdeling, en de oriëntatie van die delingen bepaald mede de dikte van de strengel.

Dikkere stengels

Een groep van eiwitten waarvan was aangetoond dat ze eventueel betrokken bij dit alles zijn is de subfamilie 1a van de zogenaamde IQD eiwitten. Om meer te leren wat die eiwitten doen creëerden de onderzoekers planten zonder subfamilie 1a IQD eiwitten. Planten die deze eiwitten miste hadden plattere en rondere bladeren en dikkere stengels.

In zoomend op de stengeldikte de onderzoekers vonden dat alhoewel de stengel dikker was, de cellen dat niet waren. De dikte kwam van extra cellen die de onderzoekers telde in de doorsnedes van de strengels. Maar ze vonden deze extra cellen alleen in het innerlijke weefsel van de stem, niet in de buitenste lagen.

Vervolgens bevestigde de onderzoekers dat het signaal on die extra cellen naast zich te creëren van het innerlijke weefsel kwam en niet van de buitenste lagen. Door de planten die de subfamilie 1a IQDs miste een IQD eiwit, dat alleen actief was in het innerlijke weefsel, terug te geven herstelde de onderzoekers de dikte van de stengel naar de originele dikte. Dit suggereert dat er een signaal komt van het innerlijke weefsel dat de plant vertelt of en hoeveel celdelingen in de lengte, die voor ervoor zorgen dat de dochtercellen naast elkaar komen te liggen, de cellen mogen maken.

Family stamboom

Als laatste wilde de onderzoekers weren hoe de cellen die in de lengte deelde zich gedroegen. Nu is het mooie van het aan elkaar vastzitten van plantencellen dat je familie stambomen van celdelingen kan reconstrueren. Op deze manier viel het de onderzoekers op dat onder de cellen die in de lengte deelde, elke dochtercel een eigen lijn met cellen zat. Dit betekend dat, na een deling in de lengte, beide dochtercellen verder gaan met delen in de breedte, wat resulteert in een opeenstapeling van cellen onder elk van deze cellen. Je kan het zo’n opeenstapeling van cellen als opeenvolgende generaties van een familie.

Terwijl de studie vond dat subfamilie 1a IQDs tijdens stengel groei betrokken zijn bij het controleren van de oriëntatie van de celdelingen, hebben de onderzoekers nog niet gevonden hoe ze dit doen. Maar het interessante is, zoals de auteurs van de studie benadrukken, is het tijdstip wanneer het innerlijke weefsel de dikte van de stengel beïnvloeden. Niet tijdens de vergevorderde ontwikkeling stadia, wanneer ontwikkelingen zoals dat van vaatbundels al in volle gang is, maar vroeg in het proces wanneer de mechanische limitatie die de versteviging van de celwanden nog niet aanwezig zijn. Dus, wanneer de buitenste weefsellagen nog niet hun wil op het binnenste weefsel oplegt.

Nu de onderzoekers hebben gevonden dat IQDs betrokken zijn bij de regulatie van celdeling oriëntatie en via dat de vorm van de plant, is de volgende stap het uitvinden hoe ze dit doen. Maar ook of en zo ja hoe IQDs betrokken zijn bij het controleren van de vorm van graan en fruit. Dat ze dit waarschijnlijk doen laat een IQD homoloog in rijst, wiens afwezigheid zorgt voor dikkere maar niet kortere granen, zien.

Literatuur

Yates et al., Control of plant organ growth linked to cell division orientation in inner tissues, Current Biology (2026), https://doi.org/10.1016/j.cub.2026.06.038

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.

Sensing the point of no return

Sensing the point of no return

When is it time to die, that is the question that lays behind the latest study of a group of Swedish researchers. They found that sensing depleted levels of the amino acid arginine tell the cell to throw in the towel.

Leaf senescence and subsequent dead are a normal part of a plant’s life. We see it in action every autumn when leaves turn red and yellow before they fall of the trees. It also happens during the normal development when older leaves die and during periods of stress like drought stress.

During leaf senescence cells degrade their proteins, nucleic acids, lipids, and cell structures to recycle the nutrients within. These they then transport out of the cell for use by younger organs or for storage. Although this doesn’t have to end in a cell’s death. If, like for example, in the case of drought stress the stress ends before the senescing cell has reached the point of no return the cell can recover.

Preventing to senescence

This begs the question: how does the cell know when it is time to die? Plant breeders see the answer to this question as a way to obtain more control over leaf senescence. This they hope will help reducing yield losses and allow the breeding of crops that are less sensitive to senescence inducing stress.

The first hint to the answer to this question the researchers got from a mutant that doesn’t initiate stress-induced senescence. The leaves of those plants accumulate large quantities of amino acids. To find out of any of these amino acids influence the senescence process the researchers exposed leaf discs to an extra amino acid. This showed that only in the case of extra arginine the leaf disc maintained more of its chlorophyll compared to discs treated with the other amino acids or the control ones. Suggesting that a reduction of arginine below threshold levels signals that it is time to senescence.

Restoring the ability to senescence

Next the researchers checked on genes that transport arginine out of the cytosol. Of two genes who did those jobs, AAP5 and BAC2, the researchers found that they were activated during senescence. Of these BAC2 was even activated directly by the senescence master regulator. Subsequently the researchers activated these arginine transporters in plants whose leaves don’t initiate senescence. Finding that this restored the ability to senescence.  

Now the important question was, does this also work the other way around. That is if when arginine levels stay high the cell delays senescence during normal aging. So, they created plants without AAP5 or BAC2 or both. While plants who missed only one of these arginine transporters did not delay their developmental aging induced senescence, those who missed both did.

So, the levels cytosolic arginine likely functions as a way to tell the cell at what stage of senescence it is at. But like the researchers are saying more details are needed. Like if this does depend how cytosolic arginine is distributed. Or like how arginine is actually sensed.  Nevertheless, breeders can already use this study by looking for variations of BAC2 and AAP5 that allow plants to senesce slower in response to stress.

Literature

Hussain, S., Boussardon, C. & Keech, O. The progression of leaf senescence is gated by the cytosolic arginine pool. Nat. Plants (2026). https://doi.org/10.1038/s41477-026-02328-2

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

Wanneer er geen weg meer terug is

Wanneer er geen weg meer terug is

Wanneer is het tijd om dood te gaan, dat is de achterliggende vraag van de laatste studie van een groep van Zweedse onderzoekers. Ze vonden dat het waarnemen van uitgeputte levels van het aminozuur arginine de cel vertelt om de handdoek in de ring te gooien.

Bladsenescentie en de daaropvolgende dood zijn een normaal onderdeel van een plantenleven. We zien het elke herfst in actie, bladeren die rood en geel kleuren voordat ze van de bomen vallen. Het gebeurt ook tijdens de normale ontwikkeling wanneer oudere bladen doodgaan en gedurende periodes van stress, zoals droogte stress.

Tijdens bladsenescentie degraderen cellen hun eiwitten, nucleïnezuren, lipiden, en celstructuren om de daarin opgeslagen voedingstoffen te recyclen. Deze transporteren ze vervolgens de cel uit voor gebruik door jongere organen of voor opslag. Dit alles hoeft niet automatisch in de dood van de cel te eindigen. Als bijvoorbeeld de droogte stress eindigt voordat de senescenesterende cel het punt van geen weg terug heeft bereikt, dan kan de cel zich herstellen.

Senescentie verhinderen

Dit roept de vraag op: hoe weet de cel wanneer het tijd is om te sterven? Planten veredelaars zien het antwoord op deze vraag als een manier om meer controle over bladsenescentie te krijgen. Dit, zo hopen ze kan helpen om opbrengstverliezen te verkleinen en het veredelen van gewassen mogelijk te maken die minder gevoelig zijn voor door stress geïnduceerde senescentie.

De eerste hint op het antwoord op deze vraag kregen de onderzoekers van een mutant die geen stress geïnduceerde senescentie heeft. De bladeren van deze plant accumuleren aminozuren in grote hoeveelheden. Om uit te vinden of een van deze aminozuren senescentie beïnvloed stelde de onderzoekers bladschijfjes bloot aan een bepaalde aminozuur. Hierbij vonden ze dat alleen in het geval van extra arginine het bladschijfje z’n chlorofyl hoeveelheid langer op pijl hielt vergeleken met de bladschijfjes die met andere aminozuren behandeld waren of de controle. Dit suggereert dat een afname van arginine onder de drempelwaarde signaleert dat het tijd is voor senescentie.

Herstellen van senescentie mogelijkheid

Vervolgens keken de onderzoekers naar de genen die arginine uit het cytosol transporteren. Voor twee van deze genen, AAP5 en BAC2, vonden de onderzoekers dat deze actief waren tijdens senescentie. Van deze wordt BAC2 zelfs direct geactiveerd door de senescentie master regulator. Vervolgens activeerde de onderzoekers deze arginine transporteurs in planten wiens bladeren geen bladsenescentie ondergaan. Dit herstelde het vermogen van senescentie.

Een belangrijke vraag nu is werkt dit ook andersom. Dat is, wanneer arginine levels hoog blijven vertraagt dit dan de senescentie tijdens de normale verouderingsprocessen. Dus de onderzoekers creëerde planten zonder AAP5 of BAC2 of allebei. Terwijl planten die een van deze arginine transporteurs miste geen vertraging van normale veroudering hadden, hadden planten die allebei deze transporteurs hadden dat wel.

Dus de hoeveelheid arginine functioneert waarschijnlijk als een bron die de cel vertelt bij welk stadium van senescentie het is. Maar zoals de onderzoekers ook zeggen er zijn nog meer details nodig. Zoals of de distributie van arginine in het cytosol dit alles beïnvloed. Of zoals hoe arginine eigenlijk wordt waargenomen. Niet te min kunnen veredelaars deze studie ook nu al gebruiken om te kijken of variaties van BAC2 en AAP5 het mogelijk maken om planten in hun reactie op stress langzamer te laten senesceren.

Literatuur

Hussain, S., Boussardon, C. & Keech, O. The progression of leaf senescence is gated by the cytosolic arginine pool. Nat. Plants (2026). https://doi.org/10.1038/s41477-026-02328-2

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.