Aanraking: Liever niet

Aanraking: Liever niet

Een pad over een grasveld is herkenbaar door het kortere gras. Gras waar we vaak overheen lopen groeit langzamer. Het is een van het meest in het oog springende voorbeelden hoe planten reageren op herhaaldelijke aanraking. Daar houden ze niet zo van. Bovengronds gaan planten minder snel groeien, en bloeien ze later. Ondergronds verankeren ze zich steviger. Deze reactie begint bij het herkennen van herhaaldelijke aanraking.

Planten herkennen aanraking en druk met behulp van eiwitkanaaltjes en receptoren in celmembranen. De eiwitkanaaltjes laten een seintje door bij aanraking of druk op de cel. De receptoren geven bij aanraking of druk op de cel een boodschap door aan eiwitten in de cel. Onderzoekers uit Zweden zochten uit hoe planten reageren op lichte aanraking. Hierbij aaide ze met een penseeltje over een blad. Observeerden op gen niveau de reactie van de plant, welke genen gaan aan en welke uit. Vervolgens onderzochten ze welke eiwitten nodig zijn voor deze reactie. Dit waren er twee: Feronia en CAMTA.

Feronia voorkomt dat een plant langdurig langzamer groeit na een enkele aanraking

Feronia is een receptor, en geeft alleen zonder aanraking een boodschap mee. In dit geval de boodschap ‘doe niets, blijf uit’ voor de genen-aanzetters MYC2, 3, 4, en 5. Zo reageert de plant alleen op aanraking wanneer er aanraking is. Krijgen de MYC2, 3, 4, en 5 geen boodschap meer van Feronia dan gaan ze aan de slag. Ze zetten de genen aan die nodig zijn om op aanraking te reageren.

Naast Feronia was ook CAMTA noodzakelijk voor een reactie op aanraking. CAMTA is net zoals MYC2, 3, 4, en 5 een genen-aanzetter. Na een seintje waarschijnlijk afkomstig van een eiwitkanaaltje gaat CAMTA aan de slag, maar zet een andere groep genen aan, dan de MYC2, 3, 4, en 5 genenaanzetters. De onderzoekers ontdekte dat beide groepen genen noodzakelijk zijn voor uiteindelijke reactie op aanraking. Alleen als zowel CAMTA als MYC2, 3, 4, en 5 hun genen aanzetten gaat de plant langzamer groeien en later bloeien.

Een aanraking is vaak maar van korte duur, Feronia geeft MYC2, 3, 4, en 5 dan ook snel weer de opdracht: Doe niets, blijf uit! Dit voorkomt dat een plant langdurig langzamer groeit. Tenzij de aanraking keer op keer plaats vindt. Dan blijven de genen die MYC2, 3, 4, en 5 en CAMTA aanzetten actief, en vermindert de groei. Door steeds maar weer over hetzelfde gras te lopen, geven we de boodschap groei niet; een pad wordt zichtbaar.

Literatuur

Essam Darwish, Ritesh Ghosh, Abraham Ontiveros-Cisneros, Huy Cuong Tran, Marcus Petersson, Liesbeth De Milde, Martyna Broda, Alain Goossens, Alex Van Moerkercke, Kasim Khan, Olivier Van Aken (2022) Touch signaling and thigmomorphogenesis are regulated by complementary CAMTA3- and JA-dependent pathways. Science Advances 8, eabm2091

Precisie insecticide

Precisie insecticide

Velden vol gewassen zijn een luilekkerland voor veel insecten. Ze eten de planten op. Niet iets waar de boer op zit te wachten. Het heeft een lagere oogst als gevolg. De meest effectieve oplossing: het doden van alle insecten met insecticiden. Toch willen we dit liever ook niet. Een dilemma voor de boer. Hoe zorgt hij ervoor dat hij alleen de schadelijke insecten dood?

Ideaal is om alleen een insect te doden die van een plant eet, en dus schadelijk zijn. Met dit idee in het achterhoofd, gingen wetenschappers op onderzoek uit. Op zoek naar precisie insecticide. Daarbij stuiten ze op een methode die organisme al gebruiken. Het specifiek uitzetten van genen door interfererende-RNA

Interfererende-RNA zijn kleine stukjes RNA die overeenkomen met een gen. Wanneer een gen aan staat, maakt de cel er een RNA-copy van, welke de cel vervolgens gebruikt voor het maken van het eiwit dat het gen codeert. Komt het RNA-copy een overeenkomend interfererende-RNA tegen, dan binden ze aan elkaar. Een teken voor de cel om het RNA-copy in stukjes te knippen, en het eiwit niet te maken. Hiermee kan je specifiek een gen uitzetten, omdat het kleine stukje RNA alleen bindt aan RNA dat precies overeenkomt. Wanneer het kleine stukje RNA overeenkomt met een gen dat essentieel is voor het organisme, dan gaat het organisme dood. Een geschikte methode dus om alleen die insecten te doden die de plant beschadigen.

Veel insecten knagen aan bladeren. Om deze te doden met de interfererende-RNA methode is het sproeien van de kleine stukjes RNA op het blad voldoende. Een speciale uitdaging zijn de sap-drinkende insecten. Deze insecten, lijken een beetje op vampieren, ze drinken het sap uit de vaatbundels van de plant. Kleine stukjes RNA om sap-drinkende insecten te doden moeten dus hier terecht komen, zodat de sap-drinkende insecten ze opdrinken. Deze uitdaging gingen onderzoekers uit Australië aan.

Om te beginnen, ontworpen ze kleine stukjes RNA om alleen de sap-drinkende witte vlieg te doden. Dit testen ze door de interfererende-RNA aan witte vliegen, bladluizen en bijen te voeren. Terwijl de witte vlieg doodging na het eten van deze kleien stukjes RNA bleven de nauw verwante bladluizen en bijen leven.

Vervolgens plakte de onderzoekers de kleine stukjes RNA aan zogenaamde BioClay deeltjes, minuscule korreltjes van magnesium en ijzer. Dit zorgt ervoor dat het RNA langer intact blijft. De aan BioClay gekoppelde RNA stukjes sproeide de onderzoekers samen met een hulpmiddel op het blad van een katoen plant. Het hulpmiddel zorgt ervoor dat de waterafstotende laag op het blad de RNA stukjes doorlaat. Zo hebben de RNA stukjes de kans om het blad binnen te dringen. En dat deden ze.

De onderzoekers zagen dat de kleine stukjes RNA in het blad zelf en in de vaatbundels kwamen. Witte vliegen die het sap van deze planten drinken gingen vaker dood dan witte vliegen die sap van controle planten dronken. Niet alleen dat, ook de eieren en nimfen van witte vliegen op planten behandeld met de aan de BioClay gekoppelde RNA stukjes gingen vaker dood dan die op controle planten.

Interfererende-RNA lijkt dus een precieze manier om insecten te bestrijden die gewassen oppeuzelen. Knagende insecten, maar ook sap-drinkende insecten kan je er specifiek mee doden. Een mogelijke uitweg voor de boer die liever alleen de insecten dood die zijn gewassen opeten.

Literatuur

Ritesh G. Jain, Stephen J. Fletcher, Narelle Manzie , Karl E. Robinson, Peng Li, Elvin Lu, Christopher A. Brosnan, Zhi Ping Xuand Neena Mitter (2022) Foliar application of clay-delivered RNA interference for whitefly control. Nature Plants, VOL 8, 535–548

Precision insecticide

Precision insecticide

Fields full of crops are an all you can eat buffet for many insects. They eat the plants. Not something a farmer wishes, as it lowers the yield. The most effective method: killing all the insects with insecticides. Although, this is also not something we like to do. A dilemma for the farmer. How to only kill the harmful insects?

The ideal: only killing the insect that eats the plant, the ones that are harmful. With this idea, scientist went on searching. Searching for precision insecticide. They bumped into a method that organisms already use. The turning off genes using interference-RNA.

Interference-RNA are small pieces of RNA that match a gene. When a gene is turned on, the cell makes an RNA-copy of it, which the cell uses in the process of making the protein that the gene codes for. But when an RNA-copy comes across matching interference-RNA, then they bind together. A sign for the cell to cut the RNA-copy in small pieces, not making the protein. This can switch off a specific gene, as the small piece of RNA only binds RNA that precisely matches. If the small piece of RNA matches a gene that is essential for an organism, the organism dies. A perfect method to only kill those insects that harm the plants.

Lots of insects nibble on leaves. To kill these, using the interference-RNA method, just spraying the small pieces of RNA on the leaves is enough. A special challenge are the sap-sucking insects. These insects, like vampires, drink the sap from the veins in the plant. To kill the sap-sucking insects, the small pieces of RNA need end up in the veins, so the sap-sucking insects will drink them. Australian researchers took on this challenge.

First, they designed small pieces of RNA so that they would only kill the sap-sucking whitefly. This they tested by feeding the interference-RNA to whiteflies, aphids and bees. While the whiteflies died after eating these small pieces of RNA, the closely related aphids and bees stayed alive.

Next, the researchers attached the small pieces of RNA to so called BioClay particles, miniscule grains made of magnesium and iron. The effect of this was that the RNA stayed longer intact. The researchers sprayed the BioClay attached RNA pieces together with a helping substance on the leaves of cotton plants. The helping substance was needed so the RNA pieces could penetrate the water repelling layer on the surface of the leaves. This gives the RNA pieces a chance to get inside the leaf. This they did.

The researchers observed that the small pieces of RNA got into the leave and into the veins. Whiteflies that drank the sap of these plant died more often than whiteflies that drank sap of the control plants. But not only that also the eggs and nymphs of whiteflies on plants treated with the BioClay coupled RNA pieces died more often than those on control plants.

Interference-RNA does appear a precise way to deal with insects that eat our crops. With it you can precisely kill, not only nibbling insects, but also sap-sucking insects. A possible way out for a farmer that prefers to kill only the insects that eat his crops.

Literature

Ritesh G. Jain, Stephen J. Fletcher, Narelle Manzie , Karl E. Robinson, Peng Li, Elvin Lu, Christopher A. Brosnan, Zhi Ping Xuand Neena Mitter (2022) Foliar application of clay-delivered RNA interference for whitefly control. Nature Plants, VOL 8, 535–548

How light gets to the root

How light gets to the root

The waiting starts, after sowing seeds, for the first leaves to stick out of the ground. A just germinated plant, that found its way in the dark to the light. In the dark the main way of growing for a plant is through stretching its cells. Not by making new cells. This changes the moment the leaves stick out of the ground. Then light tells the cells of the plant: Start dividing. Start photosynthesis. Start using energy. But how does light tell this to all the cells of the plant, not only those in the leaf, but also those in the root?

The plant hormone auxin has a part in this. Auxin has more or less a role in everything in the plant. But one of its important tasks is the promotion of cell division. In a seedling that is still searching for the light, auxin is located mostly at the top of the stem. But as soon as the plant finds light, auxin moves to the tip of the root. Here cell division starts in the meristem, the root grows.

But this does not happen in a mutant, kai2, that had trouble with the transition from dark to light. The order from light: Start growing, use energy! Does not come through correctly. The tip of the root does not start growing, the seedling makes lots of side-roots instead. Auxin, so noticed the researchers, was not in the tip of the root but at the top, there were the root meets the stem. Here auxin accumulates, and does what auxin does best, stimulate cell division.

With use of auxin transferring PIN-channels, the plant is getting auxin in the right spot. At least when everything works as it should. Not so much in the kai2 mutant. The researchers had a look at the PIN-channels in kai2. In the dark, by just germinated seedlings, the PIN-channels in kai2 are at the same spot as in normal plants. But, whereby normal plants the PIN-channels quickly get to their new spot, those of kai2 lag behind. Auxin can not get quickly to the right place.

This shows that using KAI2, light can tell the whole plant ‘Start dividing, start photosynthesis, start using energy’. KAI2 in turn gives an order to the PIN-channels to change places. Giving auxin the chance to get to the right spot to stimulate cell division. Now there is a start of the answer how lights gets to the root.

Literature

Hamon-Josse, M., Villaécija-Aguilar, J.A., Ljung, K., Leyser, O., Gutjahr, C. and Bennett, T. (2022) KAI2 regulates seedling development by mediating light-induced remodelling of auxin transport. New Phytol. https://doi.org/10.1111/nph.18110