Negative regulation of a still to be discovered hormone

Negative regulation of a still to be discovered hormone

Often the messenger is discovered first and followed by the messenger recognising receptor and signalling pathway that is activated in response to this messenger. So, it appeared to be for karrakin, a messenger molecule in plant derived smoke, that activates responses in fire-adapted plants, like seed germination. Only after identifying the karrakin receptor, KAI2, in those fire-adapted plants it quickly became clear that those receptors could also be found in other plants.

Plants like Arabidopsis respond to karrakins by adjusting their growth and development. The processing of karrakin perception happens in a similar manner as the perception of the hormone strigolactone but using different protein family members and regulating a different set of genes.

This all was found out with help of karrakins. But it was the discovery that plants without KAI2 show the opposite phenotype to plants treated with karrakins, that made scientist to suggest that plants are producing karrakin-like (KL) molecules.

Negative feedback

Up till now the majority of the studies focussed on the response to karrakin(-like) and how plants regulate this. But hormone response is often held in check by negative feedback loops. Now a new study by a group of international researchers focused on this negative feedback loop.

They found a likely candidate to be part of this negative feedback loop in DLK2. DLK2 is a protein that looks a lot like KAI2 but without the ability to directly interact with the same proteins KAI2 interacts with. So, the question was how does DLK2 work.

First the researchers confirmed that DLK2 was indeed negatively regulating karrakin(-like) response. Having done that, they came up with two hypotheses. The first was that DLK2 breaks down KL molecules. The second was that DLK2 interfered with the interaction of KAI2 with its target protein, SMAX1, whose breakdown by KAI2 results in activating KL-response genes.

Hypothesis testing

Having no way of testing if DLK2 breaks down a molecule whose identity is not known, the researchers had to find a way around that. They did three tests. The first was to find out if DLK2 needs to be in the nucleus to do its job, because KAI2 and SMAX1 both need to be there to do their job.

Having created DLK2 proteins that were either localised in the nucleus or outside the nucleus. The researchers then combined those with a reporter system that is activated by SMAX1. This showed that DLK2 localised in the nucleus and localised outside the nucleus both prevented SMAX1 breakdown. Suggesting that DLK2 doesn’t need to be in the nucleus to do its job. Putting one strike against hypothesis number two.

Subsequently the researchers tested if DLK2 when in the vicinity of KAI2 and SMAX1 interfered with their interaction. Using again a reporter that lighted up when KAI2 and SMAX1 interacted the researchers noticed that with karrakin present DLK2 was not able to reduce the signal of the reporter. Suggesting that DLK2 was not interfering with the interaction between KAI2 and SMAX1. Putting a second strike against hypothesis number 2.

Breaking down karrakin like molecules

Lastly the researchers tested if DLK2 could break down karrakin-like molecules. Testing with a variety of molecules the researchers noticed that DLK2 broke down a KL-like molecule called Yoshimulactone Green, but not it closely resembling desmethyl Yoshimulactone Green. Suggesting that DLK2 has KL breakdown activity needed for the support of hypothesis number one.

Al together, this study shows that DLK2 functions as a negative regulator of karrakin-like signalling. It does this by breaking down karrakin-like molecules so they can no longer activate karrakin-like signalling. But that is not all this study shows. It also shows that even if the substrate or messenger molecule is not known, there is still a lot to be found out about how the plant regulates responding to that messenger molecule.

Literature

Q. Li, et al., 2026, Negative feedback regulation of karrikin signaling in Arabidopsis thaliana by an antagonistic paralog of karrikin receptors, Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 123 (37) e2525145123, https://doi.org/10.1073/pnas.2525145123.

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

Negatieve regulatie van een nog te ontdekken hormoon

Negatieve regulatie van een nog te ontdekken hormoon

Vaak is het zo dat de boodschapper wordt ontdekt voor de ontdekking van de boodschapper herkennende receptor en de actie die op de detectie van de boodschapper volgt. Zo leek het te zijn voor karrakin, een boodschapper molecuul in van planten afkomstige rook, die in vuur-aangepaste planten voor specifieke reacties zorgt, zoals ontkieming van zaden. Alleen bleek al snel na de ontdekking van de karrakin receptor, KAI2, in die vuur-aangepaste planten, dat die receptor ook in andere planten aanwezig was.

Planten zoals Arabidopsis passen hun groei en ontwikkeling aan na waarneming van karrakin. De verwerking van de waarneming van karrakin gebeurt op een vergelijkbare manier als de verwerking van de waarneming van het hormoon strigolactone, maar het gebruikt andere leden van dezelfde eiwit familie en reguleert een ander genen set.

Dit alles was ontdekt met behulp van karrakins. Maar het was de ontdekking dat planten zonder KAI2 precies het tegenovergestelde fenotype van dat van planten behandelt met karrakins vertoonde dat onderzoekers deed suggereren dat planten op karrakin gelijkende (KL) moleculen produceren.

Negatieve feedback

Tot nu toe focuste de meeste studies op de reactie op karrakins en hoe planten dit reguleren. Maar hormoon reacties worden vaak gecontroleerd met behulp van negatieve feedback loops. Een nieuwe studie door een internationale groep van wetenschappers focust zich op die negatieve feedback loop.

De onderzoekers vonden in DLK2 een mogelijke kandidaat voor deze negatieve feedback loop. DLK2 is een eiwit dat veel op KAI2 lijkt, maar dan zonder de mogelijkheid om de interactie aan te gaan met dezelfde eiwitten. Dus de vraag was, hoe gaat DLK2 te werk.

Het eerste wat de onderzoekers deden is bevestigen dat DLK2 inderdaad betrokken was in de negatieve feedback loop. Na dit gedaan te hebben kwamen de onderzoekers met twee hypothesen. De eerste was dat DLK2 KL moleculen afbreekt. De tweede was dat DLK2 de interactie verstoord tussen KAI2 en z’n doel eiwit, SMAX1 wiens afbraak resulteert in de activatie van KL-reactie genen.

Hypothesis testen

Zonder een manier te hebben om direct te testen of DLK2 een nog onbekend molecuul afbreekt, moesten de onderzoekers een andere manier vinden om de hypothesen te testen. Ze deden drie testen. De eerste was om uit te vinden of DLK2 in de nucleus moet zijn om z’n werk te doen, omdat KAI2 en SMAX1 allebei in de nucleus moeten zijn voor hun werk.

De onderzoekers creëerde DLK2 eiwitten die of in de nucleus of niet in de nucleus zaten. Die combineerde de onderzoekers vervolgens met een reporter systeem dat geactiveerd wordt door SMAX1. Dit liet zien dat zowel DLK2 gelokaliseerd in als buiten de nucleus afbraak van SMAX1 voorkomt. Dit suggereert dat DLK2 niet in de nucleus hoeft te zijn om z’n werk te doen. En geeft een minpunt aan hypothese nummer twee.

Vervolgens testen de onderzoekers of in DLK2 in de nabijheid van KAI2 en SMAX1 de interactie tussen die twee verstoorde. Dit deden ze met behulp van een reporter die oplichtte wanneer KAI2 en SMAX1 interacteerde. Het viel de onderzoekers op dat met karrakin aanwezig DLK2 niet in staat was om het signaal van de reporter te verminderen. Dit suggereert dat DLK2 de reactie tussen KAI2 en SMAX1 niet verstoord. En een tweede minpunt voor hypothese nummer twee.

Afbraak van kerrakin gelijkende moleculen

Als laatste testte de onderzoekers of DLK2 op karrakin gelijkende moleculen kon afbreken. De onderzoekers testte verschillende moleculen en zagen zo dat DLK2 een op KL-lijkend molecuul genaamd Yoshimulactone Green afbrak maar niet het vergelijkbare molecuul desmethyl Yoshimulactone Green. Dit suggereert dat DLK2 de voor hypothese nummer een benodigde KL afbraak activiteit bezit.

Samengevat laat deze studie zien dat DLK2 functioneert als een negatieve regulator van karrakin gelijkende signalering. Het doet dit door op karrakin gelijkende moleculen af te breken. De studie laat ook zien dat zelfs al is het substraat of boodschapper molecuul onbekend, er nog steeds een hoop te ontdekken is of hoe de plant de reactie op dat onbekende molecuul reguleert.

Literatuur

Q. Li, et al., 2026, Negative feedback regulation of karrikin signaling in Arabidopsis thaliana by an antagonistic paralog of karrikin receptors, Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 123 (37) e2525145123, https://doi.org/10.1073/pnas.2525145123.

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.

Pumping up cells

Pumping up cells

Plants lift up their leaves in crowded environments, so they can capture more light. While researchers know a lot of how plants do this, what causes cells to grow, which is needed for this response, is unclear. Now a group of international researchers show that the potassium channel AKT5 pumps in K+ ions into the cell, leading subsequently to an ion disbalance, and uptake of water, which increases the internal pressure and promotes the cell to expand.

To lift up their leaves plants stimulate only the cells at the bottom (abaxial) side of the petiole, which connects the leaf with the stem to elongate. To ensure that the cells all grow in the same direction, cell walls are remodelled in such a wat that only stretching along the length of the petiole is possible. But what drives the cells to growth itself was up till now unknown.

Characterising the pump

However, this study did not start out with trying to find an answer to that question. Instead, the researchers wanted to get to know more about a potassium channel called AKT5. AKT5 was a bit of a mystery compared to its siblings. It had no visible K+ ion uptake activity. So, the researchers wanted to know why.

First, they took a look at its structure, that showed a close resemblance to the closed state of its siblings that pump in K+ into the cell. One of AKT5 close siblings, AKT1, is forced into an open state by disruption of either one of two its amino acids. When the researchers replaced the equivalent amino acids in AKT5, they found that replacing one of them indeed resulted in forcing AKT5 into an open state. And in this open state AKT5 pumped K+ ions into the cell.

Next up the researchers checked if AKT5 like AKT1 needs to be phosphorylated by an CBL-CIPK pair for it switch to an open state. Out of the 260 possible pairs three pairs stood out, of which the researchers studied the effects of one, CBL9-CIPK10, in more detail. When only both CBL9 and CIPK10 where there they could phosphorylate and activate AKT5.

Lifting leaves

Having that sorted out, the researchers looked at where in the plant AKT5 was located. Finding that it made its home in the cell membranes of young petiole cells. Subsequently the researchers studied plants without AKT5. While under uncrowded environments these plants grew just as much as plants with AKT5, in crowded environments they did not, there they grew less big. They also failed to lift their leaves. Suggesting that the pumping in K+ ions by AKT5 is what is driving the cells at the bottom of the petiole to elongate in crowded environments.

So, this study ties up two lose ends. First now with AKT5 characterised, all nine of the so-called Shaker-type K+ channels are characterised. And second, that it is the influx of K+ ions that is the driver of the petiole cell elongation needed for the lifting up of the leaves.

Literature

Yuki Muraoka et al., AKT5 is a bona fide potassium channel and controls petiole growth in Arabidopsis. Sci. Adv. 12, eaeh7630 (2026) https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.aeh7630

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

Cellen oppompen

Cellen oppompen

Planten tillen hun bladeren op in drukke omgevingen zodat ze meer licht kunnen vangen. En alhoewel onderzoekers een hoop weten hoe planten dit doen, wat ervoor zorgt dat cellen groeien, wat nodig is voor deze reactie, is nog niet duidelijk. Nu laten een groep van internationale wetenschappers zien dat het kalium kanaal AKT5 K+ ionen de cel binnen pompt. Wat vervolgens er voor zorgt dat de ionen uit balans raken, wat weer voor een opname van water leidt en toename van interne druk wat uiteindelijk de cel stimuleert om te groeien.

Voor het optillen van hun bladeren stimuleren planten alleen de cellen aan de onderkant van de bladsteel, die het blad met de stengel verbindt, om zich uit te rekken. Om ervoor te zorgen dat de cellen allemaal in dezelfde richting groeien, herstructureert de plant de celwand op zo’n manier dat alleen uitstrekken langs de lengte van de bladsteel mogelijk is. Maar wat er in de eerste plaats voor zorgt dat de cellen groeien was tot nu toe onbekend.

In kaart brengen van de pomp

Desondanks begon deze studie niet met het vinden van een antwoord op die vraag. De onderzoekers wilde daar en tegen meer over een kalium kanaal genaamd AKT5. AKT5 is een beetje een mysterie in vergeleken met z’n broertjes en zusjes. Het liet geen zichtbare K+ kanaal activiteit zien. Dus de onderzoekers wilde daar meer over weten.

Als eerste bestudeerde ze de structuur, deze liet een grote vergelijking zien met de geslote staat van z’n broertjes en zusjes die K+ ionen de cel in pompen. Een van AKT5 broertjes, AKT1 wordt geforceerd naar een open staat bij een ontregeling van een van twee aminozuren. De onderzoekers vervingen de overeenkomstige aminozuren in AKT5, daarbij ontdekkende dat de vervanging van een van die twee AKT5 in een open staat brengt. In deze open staat pompt AKT5 K+ ionen de cel binnen.

Vervolgens gingen de onderzoekers na of AKT5 net als AKT1 gefosforyleert moet worden door een CBL-CIPK paar om te switchen naar een open staat. Van de 260 mogelijke paren, drie paren vielen op, waarvan de onderzoekers de effecten van een, CBL9-CIPK10, in meer detail bestudeerde. Alleen wanneer zowel CBL9 als CIPK10 aanwezig waren konden ze AKT5 fosforyleren en activeren.

Bladeren tillen

Nu ze dit hadden uitgezocht keken de onderzoekers waar in de plant AKT5 zat. Zo ontdekte ze dat AKT5 in de celmembranen van jonge bladsteel cellen nestelde. Vervolgens bestudeerde de onderzoekers planten zonder AKT5. Onder normale niet drukke omgevingen groeide deze planten net als planten met AKT5, maar in drukke omgevingen niet, daar groeide ze minder groot. Ook tilde ze hun bladeren niet op. Dit suggereert dat het binnen pompen van K+ ionen door AKT5 is wat cellen aan de onderkant van de bladsteel stimuleert om zich uit te strekken in drukke omgevingen.

Dus deze studie knoopt twee losse eindjes vast. Ten eerste nu AKT5 is gekarakteriseerd, zij alle ban de zo genaamde Shaker-type K+ kanalen gekarakteriseerd. En ten tweede, nu is bekend wat ervoor zorgt dat bladsteel cellen zich uitstrekken, het binnenpompen van K+ ionen door AKT5, tijdens het optillen van hun bladeren.

Literatuur

Yuki Muraoka et al., AKT5 is a bona fide potassium channel and controls petiole growth in Arabidopsis. Sci. Adv. 12, eaeh7630 (2026) https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.aeh7630

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.