Heat gives infections a chance

Heat gives infections a chance

Through higher temperatures due to climate change plants get into more trouble. They get stressed faster. By heat. By drought. But also, it makes them more infection prone. At higher temperatures, the immune response upon pathogen infection does not happen. Giving the pathogens free access. The increasingly common occurrence of heatwaves is a threat to plant immunity. But how heat blocks the immune reaction is still unclear.

By infection an infection-manager takes charge. Directing the actions against the threat. On local level: cell death, blocking pathogens access to the rest of the plant. But also, by sending messengers to the rest of the plant, telling: be ready for action, there is an intruder. But by high temperatures, the infection-manager is nowhere to be seen. American researchers noticed one of the reasons the immune response did not start, there was not enough SA, salicylic acid.

The cause? That is what the researchers wated to know. The first suspects were the temperature sensors. But plants without working temperature sensors still don’t react to pathogens at high temperatures. The temperature sensors are not preventing the immune reaction. Neither does SA, when forcingly produced there is still no action from the infection-manager at high temperatures.

But by heat these proteins rather stay apart, leaving the gene switched off

Something still prevented the infection manager. To find out what, the researchers took a step back. Focussing on two gene-activators of the SA-production genes. How do they react. At high temperatures, it turned out, not much. But they gave the researchers a starting point. These gene-activators have in turn two switch on-buttons, both of which need to be turned on. One button is coupled to the recognition of pathogens. While the until now unknown other button is coupled to heat.

This last button is working in a surprisingly simple way. To turn this button on, three proteins need to come together on the button. But by heat these proteins rather stay apart. The gene stays off, even when pathogens are recognised.

The two gene-activators of the SA-production genes turned out to be the infection-managers. Although they are delegating a lot to SA. There will be no reaction in absence of the infection-managers, not even from SA. We can make plants better equipped to deal with the heat now we know how heat interferes with the immune response. So that plants can defend themselves, regardless of the temperature.

Literature

Kim, J.H., Castroverde, C.D.M., Huang, S., Li C., Hilleary R., Seroka A., Sohrabi R., Medina-Yerena D., Huot B., Wang J., Nomura K., Marr S.K., Wildermuth M.C., Chen T., MacMicking J.D., He S.Y. (2022) Increasing the resilience of plant immunity to a warming climate. Nature https://doi.org/10.1038/s41586-022-04902-y

Hitte geeft infecties een kans

Hitte geeft infecties een kans

Door de hogere temperaturen van wegen klimaatverandering hebben ook planten het moeilijker. Ze schieten sneller in de stress. Door hitte. Door droogte. Maar, zijn ook gevoeliger voor infecties. Bij hoge temperaturen laat de immuunreactie op ziektemakers het afweten. De ziektemakers kunnen hun gang gaan. De steeds vaker voorkomen van hittegolven vormen een bedreiging voor het immuunsysteem van de plant. Maar is het onduidelijk hoe hitte de immuunreactie dwarsboomt.

Bij infectie komt de infectie-manager in actie. Deze stuurt de acties aan om de ziektemaker tegen te houden, zoals op lokaal niveau: celdood, zodat ziektemakers niet verder de plant in kunnen. Maar ook het sturen van boodschappers naar de rest van de plant: sta paraat, er is een indringer. Maar bij hoge temperaturen komt de infectie-manager niet in actie. Een rede, zo zagen Amerikaanse onderzoekers, dat de infectie-manager geen actie onderneemt is van wege te weinig SA, salicylzuur.

Hoe dit komt? Dat onderzochten de onderzoekers. De eerste verdachte waren de temperatuursensors. Maar ook planten waar deze temperatuursensors zijn uitgeschakeld reageren bij hoge temperaturen niet op ziektemakers. De temperatuursensors verhinderen niet de immuunreactie. Ook het geforceerd aanzetten van SA-productie zorgt er niet voor dat bij hoge tempraturen de infectie-manager in actie komt.

Maar bij hitte komen de eiwitten liever niet samen, ze zetten het gen niet aan

Iets hield de infectie-manager nog tegen. Om dat uit te vinden, deden de onderzoekers nog een stapje terug. Naar de twee gen-aanzetters van de SA-productie genen. Wat doen die? Bij hoge temperaturen, zo bleek, niet veel. Toch hadden de onderzoekers hier een aanknopingspunt. Deze gen-aanzetters bleken namelijk zelf ook twee aanzetknoppen te bezitten, die allebei aan moeten staan. Een gekoppeld aan het herkennen van een ziektemaker. En een, tot nu toe onbekend, aan hitte gekoppeld.

Deze laatste werkt op een verassend simpele manier. Om deze knop aan te zetten moeten drie eiwitten samenkomen op de knop. Maar bij hitte komen de eiwitten liever niet samen. Het gen blijft dus uit, ook al zijn er ziektemakers gesignaleerd.

De twee gen-aanzetters van de SA-productie genen zijn de infectie-managers, ook al delegeren ze een hoop naar SA. Maar bij gebrek aan infectie-managers, geen actie, ook niet van SA. Nu bekend is hoe hitte het immuunsysteem dwarsboomt kunnen we in actie komen om planten bestendiger te maken tegen warmere temperaturen. Zodat ongeacht de temperatuur planten zich kunnen verdedigen tegen infecties.

Literatuur

Kim, J.H., Castroverde, C.D.M., Huang, S., Li C., Hilleary R., Seroka A., Sohrabi R., Medina-Yerena D., Huot B., Wang J., Nomura K., Marr S.K., Wildermuth M.C., Chen T., MacMicking J.D., He S.Y. (2022) Increasing the resilience of plant immunity to a warming climate. Nature https://doi.org/10.1038/s41586-022-04902-y

Heat and drought, what now?

Heat and drought, what now?

Both heat and drought occur more regular, and more often together. They can cause lots of trouble. Like people, plants don’t like it. They get stressed. Especially when there is both heat and drought. Heat and drought are asking for conflicting reactions. When there is just heat, a plant will cool down by evaporation, like sweating. While by drought, it will want to keep all the water inside. But, add heat, and the temperature goes up. Causing trouble. What to do?

American researchers deciphered how the plant handles this. Studying soybeans and tobacco, the researchers looked at what happens during heat and drought. The first thing they noticed was the higher temperature of the leaves and flowers during heat or a combination of heat and drought. But this was the only similarity in the reaction on heat or heat and drought.

Silencing of the drought-manager gives plant reproduction a chance

By heat the plant open the stomata, pores, wide open in the leaves and flowers. While when there is both heat and drought, then the plant keeps in the leaves its stomata closed. But not those in the flowers. These are open. Cooling the flowers, so it appears. When the researchers closed of the stomata using Vaseline, the temperature in the flowers increased. Suggesting that the plant tries to cool down the flowers as much as possible, even if it costs precious water.

The drought-manager ABA causes stomata closure by drought. But in flowers, so shows this study, the heat-manager causes breakdown of ABA. Silencing ABA in its job to close the stomata. The intervention of the heat-manager helps protecting the flowers against high temperatures. It gives fertilization a chance.

By a combination of heat and drought, plants need to make a choice in what to protect and to which cost. Protecting precious flowers, the reproduction organs, comes before the protection of replaceable leaves. The silencing of the drought-manager gives plant reproduction a chance.

Literature

Sinha, R., Zandalinas, S.I., Fichman, Y., Sen, S., Zeng, S., Gómez-Cadenas, A., Joshi, T., Fritschi, F.B. and Mittler, R. (2022), Differential regulation of flower transpiration during abiotic stress in annual plants. New Phytol, 235: 611-629. https://doi.org/10.1111/nph.18162

Hitte en droogte, wat nu?

Hitte en droogte, wat nu?

Hitte en droogte komen beide vaker voor, ook vaker tegelijk. Ze kunnen veel ongemak geven. Net als mensen houden planten hier ook niet van. Ze schieten ervan in de stress. Helemaal wanneer er zowel hitte als water te kort is. Hitte en droogte vragen namelijk om tegenover gestelde maatregelen. Waar bij hitte de plant afkoelt door waterverdamping, als ware door te zweten. Wil het bij droogte al het water binnenhouden. Is er dan ook spraken van hitte, dan lopen de temperaturen op. Met alle gevolgen van dien. Wat te doen?

Amerikaanse onderzoekers zochten uit hoe de plant dit aanpakt. Voor sojabonen en tabak bestudeerde de onderzoekers wat er gebeurt bij hitte en droogte. Het eerste wat opviel was dat de temperatuur van bladeren en bloemknoppen hoger is wanneer er sprake is van hitte, of hitte en droogte. Verder onderzoek liet zien dat dit reactie is die gelijk is bij hitte en hitte en droogte.

Met het tot zwijgen leggen van de droogte-manager geven de planten voortplanting een kans

Bij hitte de plant de huidmondjes in de bladeren en bloemknoppen wijd openzette. Is er naast hitte ook spraken van droogte, dan houdt de plant de huidmondjes in de bladeren gesloten. Maar niet die in de knoppen. Die staan wel open. Om af te koelen, zo blijkt. Wanneer de onderzoekers de huidmondjes afsluiten met vaseline gaat de temperatuur in de bloemknoppen omhoog. De plant probeert de bloemknoppen dus zoveel mogelijk af te koelen, ook al is de prijs verlies van kostbaar water.

Bij droogte zorgt droogte-manager ABA ervoor dat de huidmondjes sluiten. Maar in bloemknoppen, zo blijkt volgens dit onderzoek, geeft de hitte-manager de opdracht om ABA af te breken. ABA heeft zo de kans niet om de huidmondjes te sluiten. Het ingrijpen van de hitte-manager helpt de bloemknoppen te beschermen tegen nadelige temperaturen. Het geeft bevruchting nog een kans.

Bij zowel hitte als droogte moeten planten een keuze maken, wat te beschermen en tegen welke prijs. Ze kiezen voor het beschermen van kostbare bloemen, de voortplantingsorganen, ten nadele van vervangbare bladeren. Met het tot zwijgen leggen van de droogte-manager geven de planten voortplanting een kans.

Literatuur

Sinha, R., Zandalinas, S.I., Fichman, Y., Sen, S., Zeng, S., Gómez-Cadenas, A., Joshi, T., Fritschi, F.B. and Mittler, R. (2022), Differential regulation of flower transpiration during abiotic stress in annual plants. New Phytol, 235: 611-629. https://doi.org/10.1111/nph.18162