From day to night

From day to night

Licht and dark, regulate a plants growth and development. Day and night, each bringing their own set of regulators. But the transition goes gradually from the day to the night shift. Just like how the dark is slowly consuming the light at the start of the night.

The important regulator of the night is COP1. To get the night shift to do its job, COP1 is kind of eating the proteins of the day shift. In the dark COP1 can do its thing. But not in the light, then COP1 stops, switched off by light. Giving the regulator of the day shift, HY5, a chance. Chinese researchers now showed that this is not the whole story.

The turning on of SICKLE by HY5 prevents wasting costly energy.

One of the genes turned on by HY5, the regulator of the day shift, is SICKLE. SICKLE is not a gene-on switch, but works together with them, and so influencing the genes turned on and off. The researchers noticed SICKLE binding to HY5, which caused HY5 to be less good at its job. Consequently, HY5 turns on less and less genes of the day shift as the day progresses.

SICKLE, so noticed the researchers, is not only binding to HY5 of the day shift, but also PIF4. PIF4 is actually part of the night shift, as light is switching most of PIF4 off. But when SICKLE binds to the little of PIF4 that is still around, then PIF4 is turning itself back on. So can PIF4 at the end of the afternoon already start its job of turning off the day shift genes.

The turning on of SICKLE by HY5 prevents the turning on of day shift genes at the end of the day. The plant prevents wasting costly energy. As it is not making proteins that it will (almost) directly after finishing break down again. SICKLE helps with a gradual transition from the day to night shift at the start of the night.

Literature

Li, T., Li, H., Lian, H., Song, P., Wang, Y., Duan, J., Song, Z., Cao, Y., Xu, D., Li, J., and Zhang, H. (2022) SICKLE Represses Photomorphogenic Development of Arabidopsis Seedlings via HY5- and PIF4-Mediated Signaling. J. Integr. Plant Biol. https://doi.org/10.1111/jipb.13329

Van dag naar nacht

Van dag naar nacht

Licht en donker, reguleren de groei en ontwikkeling van planten. Dag en nacht, elk brengen ze een eigen zet regulators met zich mee. Maar de overgang van de dag- naar de nachtploeg gaat geleidelijk. Precies zoals het donker langzaam het licht opslokt aan het begin van de nacht.

De belangrijkste regulator van de nacht is COP1. Om de nachtploeg z’n werk te laten doen, eet. COP1 als ware de eiwitten van de dagploeg op. In het donker kan COP1 kan z’n gang gaan. In het licht niet, COP1 stopt, uitgeschakeld door het licht. Het geeft de regulator van de dag, HY5, een kans. Chinese onderzoekers hebben nu laten zien dat dit niet het hele verhaal is.

Het aanzetten van SICKLE door HY5 voorkomt verspilling van kostbare energie.

Een van de genen die HY5, de regulator van de dagploeg, aanzet is SICKLE. SICKLE, zelf geen gen-aanzetter, maar werkt samen met ze, en beïnvloedt zo het aan- en uitzetten van genen. De onderzoekers zagen dat SICKLE aan HY5 bindt met als gevolg dat HY5 z’n werk niet goed kan doen. Hierdoor zet de HY5 in de loop van de dag minder genen van de dagploeg aan.

SICKLE, zo zagen de onderzoekers, bindt niet alleen HY5 van de dagploeg, maar ook PIF4. PIF4 is eigenlijk onderdeel van de nachtploeg, licht schakelt PIF4 grotendeels uit. Wanneer SICKLE bindt aan PIF4, het beetje dat er nog over is, dan schakelt PIF4 z’n eigen gen aan. Zo kan PIF4 aan het eind van de middag alvast beginnen met z’n werk, het uitzetten van de dagploeg-genen.

Het aanzetten van SICKLE door HY5 voorkomt het aanzetten van de dagploeg-genen aan het eind van de dag. De plant vermijdt hiermee het verspillen van kostbare energie. Het maakt immers geen eiwitten die het (bijna) gelijk na voltooiing weer afbreekt. SICKLE helpt bij de geleidelijke overgang van de dag- naar nachtploeg aan het begin van de nacht.

Literatuur

Li, T., Li, H., Lian, H., Song, P., Wang, Y., Duan, J., Song, Z., Cao, Y., Xu, D., Li, J., and Zhang, H. (2022) SICKLE Represses Photomorphogenic Development of Arabidopsis Seedlings via HY5- and PIF4-Mediated Signaling. J. Integr. Plant Biol. https://doi.org/10.1111/jipb.13329

Finding balance

Finding balance

Miraculous, when you start thinking about it. Each plant, from the tiniest tot the gigantic, grow from their growth regions. Small groups of cells with as main goal: slowly dividing and no specialisation. By each division these cells place their daughter cells outside their group. These then divide a few more times and slowly specialise. Into vascular tissue for example. Fascinating though is how the group of cells in the growth region stays the same.

Different genes have a role in this. And for the root growth region, the accumulation of the plant hormone auxin decides the place of the growth region through turning on the necessary genes. But the gene-on switches WOX5 and BRAVO decide which cells are part of the growth region. Through turning on the genes needed for division and keeping off those genes required for specialisation. When they can’t do their work properly, for example through a mutation, then the growth region cells divide more often. Then the size of the growth region changes.

Balance, while WOX5 and BRAVO control each other

Spanish researchers studied how WOX5 and BRAVO manage this. They did this using a computer simulation. These they compared with real life observations. Where these comparable, then the assumptions of the simulation were probably correct. With as result a model.

In the plant, the WOX5-gene is only on in the cells of the growth region. But the WOX5-protein can get into its neighbouring cells. One of the genes that is turned on via WOX5 is BRAVO. Therefore, the BRAVO-gene is also on in the neighbouring cells of the growth region. But in contrast to the WOX5-protein, the BRAVO-protein can’t get into its neighbouring cells. To prevent the WOX5-protein from wandering to far from the growth region, the BRAVO-protein is holding on to the WOX-protein every time they meet. In doing so BRAVO prevents expansion of the growth region.

However, if BRAVO is catching off all the WOX5-protein, then WOX5 can’t do its job of turning on genes. Therefore, WOX5 by itself is not turning BRAVO on, but it uses a messenger. Turning BRAVO on for WOX5. But BRAVO, in turn, is turning off the messenger. In this way WOX5 prevents shrinking of the growth region. An equilibrium establishes. Through WOX5 and BRAVO controlling each other, the number of cells in the growth region stays the same.

Literature

Josep Mercadal, Isabel Betegón-Putze, Nadja Bosch, Ana I. Caño-Delgado, Marta Ibañes (2022) BRAVO self-confined expression through WOX5 in the Arabidopsis root stem-cell niche. Development 149 (15): dev200510. doi: https://doi.org/10.1242/dev.200510

Het vinden van balans

Het vinden van balans

Wonderbaarlijk eigenlijk als je er over nadenkt. Elke plant, zowel minuscuul als reusachtig, groeien vanuit hun groeikernen. Kleine groepjes cellen met als kerntaak: langzaam delen en niet specialiseren. Bij iedere deling plaatsen deze cellen dochtercellen buiten de groep. Welke zich vervolgens een paar keer delen en langzaamaan specialiseren. Tot vaatbundels bijvoorbeeld. Fascinerend is hoe het groepje cellen in de groeikern gelijk blijft.

Verschillende genen hebben hier een rol in. Voor de wortelgroeikern bepaald ophoping van het hormoon auxine de plaats van de groeikern door de benodigde genen aan te zetten. De gen-aanzetters WOX5 en BRAVO bepalen welke cellen onderdeel zijn van de groeikern. Door de genen voor het delen aan te zetten en die voor specialisatie niet.  Doen ze hun werk niet goed door bijvoorbeeld een mutatie, dan delen de groeikerncellen vaker. Dan veranderd de de grote van de groeikern.

Balans, doordat WOX5 en BRAVO elkaar onder controle houden

Spaanse onderzoekers onderzochten hoe WOX5 en BRAVO dat doen. Hiervoor gebruikte ze computersimulaties. Deze vergeleken ze met observaties in het echt. Komen ze overeen, dan kloppen de voorwaarde van de simulatie waarschijnlijk ook. Met als resultaat een model.

In de plant staat WOX5-gen alleen aan in de groeikerncellen. Maar het WOX5-eiwit kan ook de buurcellen in. Een van de genen die via WOX5 aangaan is BRAVO. Het BRAVO-gen staat daarom ook in de buurcellen aan, in tegenstelling tot het WOX5-eiwit kan het BRAVO-eiwit z’n cel niet uit. Om te voorkomen dat het WOX5-eiwit te ver van de groeikern afdwaalt, houdt BRAVO-eiwit het WOX5-eiwit vast wanneer ze elkaar tegenkomen. Zo voorkomt BRAVO uitbreiding van de groeikern.

Maar als BRAVO al het WOX5-eiwit wegvangt dan kan WOX5 z’n werk, genen aanzetten, niet meer doen. Om deze reden, zet WOX5 dan ook niet zelf het BRAVO gen aan, maar doet dit via een intermediair. Deze zet BRAVO voor WOX5 aan. Maar BRAVO zet de intermediair ook weer uit. En voorkomt WOX5 het uitdoven van de groeikern. Er ontstaat een evenwicht. Doordat WOX5 en BRAVO elkaar onder controle houden blijft de grote van het groepje groeikerncellen gelijk.

Literatuur

Josep Mercadal, Isabel Betegón-Putze, Nadja Bosch, Ana I. Caño-Delgado, Marta Ibañes (2022) BRAVO self-confined expression through WOX5 in the Arabidopsis root stem-cell niche. Development 149 (15): dev200510. doi: https://doi.org/10.1242/dev.200510