Defying gravity

Defying gravity

Roots, for a plant how the grow is life shaping. Straight down, for groundwater uptake. Or maybe sideways, for phosphate uptake. To regulate this precisely is crucial. Plants use gravity for growing downwards. About this lots is already known. But growing sideways, against gravity, that is more of a mystery.

To find out how plants do this, researchers from the UK and Italy searched for a mutant in barley that didn’t do this. And successfully so. They found a plant whose roots grew more downwards than sideways. This mutant, it turned out, had a mutation in the gene EGT1.

EGT1 organises that the cells are sturdier

Only the roots of plants with a mutation in the EGT1 gene didn’t grow sideways. Above ground, the plant looked undistinguishable from plants without the mutation. Thus, EGT1 is only influencing the roots. And not only in barley, a mutation in a comparable gene in wheat has the same effect. Roots of the EGT1 wheat mutant where not growing sideways.

Subsequently the researchers wanted to know how EGT1 helps roots to overcome gravity. For this, the researchers looked at the genes disrupted in the EGT1 mutant. This, it turned out, were genes for producing parts of the cell wall. This disruption translated into less sturdy cell walls. With as consequence less support against gravity.

EGT1 organises that the cells are sturdier. In this way roots can defy gravity and grow sideways. We do not know exactly how EGT1 organises for sturdier cells. But knowing that EGT1 organises this brings opportunities, breeders can now actively select. For plants that grow deep roots. Or maybe for plants with more sideways growing roots. For a crop with the optimal root system for the soil it is growing in.

Literature

Fusi R., Rosignoli S., Lou H., Sangiorgi G., Bovina R., Pattem J.K., Borkar A.N., Lombardi M., Forestan C., Milner S.G., Davis J.L., Lale A., Kirschner G.K., Swarup R., Tassinari A., Pandey B.K., York L.M., Atkinson B.S., Sturrock C.J., Mooney S.J., Hochholdinger F., Tucker M.R., Himmelbach A., Stein N., Mascher M., Nagel K.A., De Gara L., Simmonds J., Uauy C., Tuberosa R., Lynch J.P., Yakubov G.E., Bennett M.J., Bhosale R., and Salvi S. (2022) Root angle is controlled by EGT1 in cereal crops employing an antigravitropic mechanism. PNAS 119 (31) e2201350119 https://doi.org/10.1073/pnas.2201350119

Zwaartekracht overwinnen

Zwaartekracht overwinnen

Wortels, hoe ze groeien is van levensbelang voor een plant. Loodrecht naar beneden, voor opname van grondwater. Of misschien toch maar opzij, om fosfaat op te nemen. Cruciaal dus om dit goed te reguleren. Om bewust naar beneden te kunnen groeien gebruiken planten de zwaartekracht. Hierover is al veel bekent. Maar over hoe zijwaarts te groeien, tegen de zwaartekracht in, niet.

Om uit te zoeken hoe planten dit doen, gingen onderzoekers uit Groot-Brittannië en Italië opzoek naar een mutant in gerst die dit niet doet. En met succes. Ze vonden een plant waarbij de wortels veel meer naar benden groeide dan opzij. Deze mutant, bleek een mutatie in het EGT1 gen te hebben.

EGT1 regelt dus dat de cellen steviger zijn

Alleen de wortels van planten met een mutatie in het EGT1 gen groeien niet opzij. Bovengronds ziet de plant er net zo uit als een plant zonder deze mutatie. EGT1 beïnvloed dus alleen de wortels. En niet alleen in gerst, een mutatie in het overeenkomende gen in tarwe had hetzelfde effect. Ook de wortels van de EGT1 tarwe mutant groeide minder opzij.

Vervolgens onderzochten de onderzoekers hoe EGT1 wortels helpt de zwaartekracht te tarten. Hiervoor keken ze naar welke genen ontregeld zijn in de EGT1 mutant. Dit bleken genen te zijn voor het maken van onderdelen van de celwand. Deze ontregeling vertaalde in minder stevige celwanden. Hierdoor hadden de wortels minder ondersteuning om de zwaartekracht te tarten.

EGT1 regelt dus dat de cellen steviger zijn. Zo kan de wortel de zwaartekracht de baas zijn, en zijwaarts groeien. Weten we nog niet helemaal hoe EGT1 stevigere cellen regelt. Maar het biedt kansen, kwekers kunnen nu gericht selecteren. Voor planten die diepere wortels groeien. Of juist op planten die meer zijwaartse wortels maken. Voor een gewas met de optimale wortels voor de grond waarin het groeit.

Literatuur

Fusi R., Rosignoli S., Lou H., Sangiorgi G., Bovina R., Pattem J.K., Borkar A.N., Lombardi M., Forestan C., Milner S.G., Davis J.L., Lale A., Kirschner G.K., Swarup R., Tassinari A., Pandey B.K., York L.M., Atkinson B.S., Sturrock C.J., Mooney S.J., Hochholdinger F., Tucker M.R., Himmelbach A., Stein N., Mascher M., Nagel K.A., De Gara L., Simmonds J., Uauy C., Tuberosa R., Lynch J.P., Yakubov G.E., Bennett M.J., Bhosale R., and Salvi S. (2022) Root angle is controlled by EGT1 in cereal crops employing an antigravitropic mechanism. PNAS 119 (31) e2201350119 https://doi.org/10.1073/pnas.2201350119

Light on: Go

Light on: Go

Water is an essential part of photosynthesis, the reaction that makes energy for plants. To get the water to the reaction, veins are essential. These pipelines transport the water form the roots to the light. As the water needs to get to the light, light influences the placement of these veins. Consequently, in a just germinated, still underground seedling doesn’t have fully formed veins. Only when it sticks its head above the ground will the veins develop. Long was unclear how light is giving the go ahead for this.

Preparations for future veins are made when seedlings are still in the dark. But those vein precursors have to wait to go ahead. In the dark the TDIF-PXY/TDR complex stops them. When the seedling reaches the light, the TDIF-PXY/TDR complex disappear like snow in spring. Researchers for the United Kingdom found out how light chases away the TDIF-PXY/TDR complex.

Light turns off the PIF gen-on switch, so turning off the TDIF-gene as well

For this the researchers analysed which genes respond to light. It turned out that light turns off the gene for PXY as well as TDIF. The question still remained how light turns those genes off, which gene-on/off switch did it use. To get the answer the researchers used a gene-on switch predictor program to predict the gene-on switch for the light responding genes. In the list of predictions, the researchers found light reacting gene-on switchers, the PIFs. Checking if the PIFs are indeed the looked-for gene-on switches, the researchers analysed plants without any PIFs. There they found little PDIF. The PIFs are thus needed to turn-on the PDIF gene.

To let the TDIF-PXY/TDR complex disappear, light turns off the PIF gen-on switch. So turning off the TDIF-gene as well. And without TDIF no TDIF-PXY/TDR complex. Now the vein precursors can get going, laying the pipeline for the water to get to the light.

Literature

Shraboni Ghosh, Joseph F. Nelson, Geoffrey M.C. Cobb, J. Peter Etchells, and Miguel de Lucas (2022) Light regulates xylem cell differentiation via PIF in Arabidopsis Cell Reports 40, 111075 https://doi.org/10.1016/j.celrep.2022.111075

Licht aan: Gaan

Licht aan: Gaan

Water is een essentieel voor fotosynthese, de reactie die planten energie geeft. Om het water daar waar de reactie plaatsvindt te krijgen zijn vaatbundels, essentieel. Deze pijpleidingen transporteren het water van de wortels naar het licht. Licht beïnvloed dan ook waar de vaatbundels komen. Onder de grond in het donker in een net ontkiemde zaailing zijn de vaatbundels dan ook nog niet aanwezig. Pas als deze z’n kop boven de grond uit steekt worden de vaatbundels aangelegd. Hoe licht het startsein hiervoor geeft was lang onduidelijk.

In een zaailing in het donker zijn de voorbereidingen voor toekomstige vaatbundels al getroffen. Deze vaatbundel voorlopers wachten tot ze verder mogen gaan. In het donker houdt het TDIF-PXY/TDR complex ze tegen. Komt de zaailing in het licht dan verdwijnt het TDIF-PXY/TDR complex als sneeuw voor de zon. Onderzoekers uit het Verenigd Koninkrijk hebben uitgezocht hoe licht het TDIF-PXY/TDR complex laat verdwijnen.

Licht zet de PIF gen-aanzetters uit, en zo gaat ook het TDIF-gen uit

Hiervoor analyseerde de onderzoekers welke genen op licht reageerde. Het bleek dat licht het gen voor zowel PXY als PDIF uitzet. De vraag was nog steeds, welke gen-aanzetters licht gebruikt. Om dit te achterhalen gebruikte de onderzoekers een gen-aanzetters voorspellingsprogramma om de gen-aanzetters te voorspellen voor de op light reagerende genen. Tussen de voorspellingen zaten op licht reagerende gen-aanzetters, PIFs. Als bevestiging dat de PIFs de gezochte gen-aanzetters waren analyseerde de onderzoekers planten zonder PIFs.  Ze vonden hierin maar weinig PDIF. PIFs zijn dus nodig om het PDIF-gen aan te zetten.

Om het TDIF-PXY/TDR complex te laten verdwijnen, zet licht de PIF gen-aanzetters uit. Hierdoor gaat ook het TDIF-gen uit. En zonder TDIF geen TDIF-PXY/TDR complex. Nu kunnen de vaatbundel voorlopers verder met de pijpleiding aanleggen om water naar het licht te brengen.

Literatuur

Shraboni Ghosh, Joseph F. Nelson, Geoffrey M.C. Cobb, J. Peter Etchells, and Miguel de Lucas (2022) Light regulates xylem cell differentiation via PIF in Arabidopsis Cell Reports 40, 111075 https://doi.org/10.1016/j.celrep.2022.111075