Hoe licht de wortels bereikt

Hoe licht de wortels bereikt

Na het zaaien van zaadjes begint het wachten tot het eerste blaadjes boven de grond uit steken. Een net ontkiemt plantje, dat zich in het donker de weg naar het licht gevonden heeft. Tot dit licht gevonden is groeit een plant door z’n cellen uit te strekken. Er komen nog geen nieuwe cellen bij. Dit verandert wanneer het z’n blaadjes boven de grond steekt. Licht vertelt de cellen in de plant: Begin met delen. Begin met fotosynthese. Begin met energie verbruiken. Maar hoe vertelt licht dit aan alle cellen van de plant, niet alleen die in het blad maar ook die in de wortels?

Het plant hormoon auxin heft hier een rol. Auxin heeft eigenlijk overal wel een vinger in de pap. Maar een van de belangrijkste taken van auxin is het aanmoedigen van celdelingen. In een zaailing dat nog opzoek is naar licht zit auxin voornamelijk in het bovenste stukje van de steel. Maar zodra licht is gevonden verplaatst auxin naar het puntje van de wortel. Daar beginnen dan de meristem cellen te delen, de wortel groeit.

Dit gebeurt niet in een mutant, kai2, die moeite had met de overgang van donker naar licht. Het bevel van licht: Ga groeien, gebruik energie! Komt niet helemaal goed door. In plaats van te gaan groeien aan de tip van de wortel maakte de plant heel veel zij wortels. Auxin, zo ontdekte onderzoekers, zit hier niet in de tip van de wortel maar aan de bovenkant, daar waar de stem en wortel samenkomen. Hier is een ophoping van auxin, die daar gewoon z’n ding doet: het stimuleren van celdelingen.

De plant zorgt ervoor dat auxin op de juiste plek komt met help van auxin doorlatende PIN-kanaaltjes. Dat is wanneer alles gaat zoals het moet gaan. Dit was niet het geval in de kai2 mutant. De onderzoekers keken daarom wat de PIN-kanaaltjes doen in kai2. In het donker, bij net ontkiemde zaailingen, zitten de PIN-kanaaltjes in kai2 nog op dezelfde plek als in de gewone plant. Maar waar bij het vinden van licht de PIN-kanaaltjes in de gewone plant snel van plek veranderen, doen die van de kai2 plant dat heel langzaam. Auxin kan dus niet snel op de juiste plek komen.

Dit laat zien dat licht aan de hele plant kan vertellen ‘begin met delen, begin met fotosynthese, begin met energie verbruiken’ via KAI2. KAI2 draagt vervolgens de PIN-kanaaltjes op om snel van plek te veranderen. Wat ervoor zorgt dat auxin op de juiste plek komt om celdelingen te stimuleren. Er is een begin op het antwoord hoe licht de wortels bereikt.

Literatuur

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

A good place to land

A good place to land

In an impulse you pick a fluffy head of a dandelion, breath in and blow the stem clear. Hundreds fluffy seeds fill the air. On their way to find a place for growing into a new dandelion. How do those seed know the best place?

When you look up close at a dandelion seed you will see a stick, with at the top a bit of fluff. This fluff keeps the seed in the air. Researchers from United Kingdom and France found out that in a humid environment this fluff is less fluffy. The hairs of the fluff come together, closing. The seed lands on the ground, ready to quickly germinate in this humid environment.

Zoom in further, to where the stick meets the fluff. You will see a flat top, with all around hairs attached to the side. Sticking out in all directions, right up, but mainly to the side. A fluffy ball of fluff. Researchers placed a fluffy seed in a humid environment. They noticed the top of the stick absorbing water. Making it swell. The flat top was rounding upwards. More hairs are sticking up. The fluff is not fluffy anymore.

To swell like that, to make the hairs stick straight up, this is an art. For this, so the researchers found out, the plant uses different tissue types. There is the vascular tissue, that does not absorb much water. But also, cortex tissue, died off tissue from the flower, and the tissue with the fluffy hairs attached. Each absorbing different amounts of water, varying in how much they swell. And because they are all connected, change shape, when swelling. This makes the hairs to stick up straight.

You are picking another fluffy head, blow it clear, and watch the hundreds of fluffy seeds go. Searching for a fresh start. Searching for water. So, they can then fall to the ground, and grow into a yellow dandelion.

Literature

Madeleine Seale, Oleksandr Zhdanov, Cathal Cummins, Erika Kroll, Mike Blatt, Hossein Zare-Behtash, Angela Busse, Enrico Mastropaolo, Ignazio Maria Viola, and Naomi Nakayama (2020) Informed dispersal of the dandelion. bioRxiv 542696; doi: https://doi.org/10.1101/542696

Madeleine Seale, Annamaria Kiss, Simone Bovio, Ignazio Maria Viola, Enrico Mastropaolo, Arezki Boudaoud and Naomi Nakayama (2022) Dandelion pappus morphing is actuated by radially patterned material swelling. Nat Commun 13, 2498; doi: https://doi.org/10.1038/s41467-022-30245-3

Goede plek om te landen

Goede plek om te landen

In een opwelling pluk je een pluizenbol van een uitgebloeide paardenbloem, ademt in en blaast de steel schoon. Honderden pluisjes dwarrelen in de lucht. Zaadjes opzoek naar een plekje om uit te groeien tot een nieuwe paardenbloem. Hoe weet zo’n zaadje wat de beste plaats is?

Wanneer je zo’n paardenbloemzaadje van dichtbij bekijkt zie je dat deze bestaat uit een stokje, met daar bovenop een pluisje. Dit pluisje helpt het zaadje in de lucht te houden. Onderzoekers uit het Verenigd Koninkrijk en Frankrijk ontdekte dat in een vochtige omgeving dit pluisje minder pluizig is. De haren van het pluisje komen samen, sluiten als ware. Het zaadje land op de grond. En kan in de vochtige omgeving snel ontkiemen.

Zoom in, naar daar waar het pluisje en stokje samenkomen. Hier zie je een platte bovenkant met haartjes die aan de zijkant vast zitten. Ze steken alle kanten uit, omhoog, maar vooral opzij. Een pluizig pluisje. Onderzoekers plaatste zo’n pluisje in een vochtige omgeving. Zagen de bovenkant van het stokje water opzuigen. Deze zwelt op. De platte bovenkant is nu bol. De haartjes staan meer omhoog. Het pluisje is niet pluizig meer.

Om zo mooi te kunnen opzwellen, zodat de haartjes recht overeind gaan staan, dat is een kunst. De plant maakt hiervoor gebruik van verschillende soorten weefsels, zo ontdekte de onderzoekers. Er zijn vaatbundels die weinig water opzuigen. Verder is er cortex weefsel, welke vast zit aan de vaatbundels, het afgestorven weefsel van de bloem, en het weefsel waar de haartjes aan vast zitten. Elk verschillen in hoeveel water ze opzuigen, hoeveel ze opzwellen. Omdat ze aan elkaar vastzitten, veranderen ze van vorm wanneer ze opzwellen. Dit doet de haartjes overeind komen.

Je plukt nog een pluizenbol, blaast hem schoon en kijkt de honderden pluisjes na. Opzoek naar een nieuw begin. Opzoek naar water. Om zich daar ter aarde te storten, en uit te groeien tot een gele paardenbloem.

Literatuur

Madeleine Seale, Oleksandr Zhdanov, Cathal Cummins, Erika Kroll, Mike Blatt, Hossein Zare-Behtash, Angela Busse, Enrico Mastropaolo, Ignazio Maria Viola, and Naomi Nakayama (2020) Informed dispersal of the dandelion. bioRxiv 542696; doi: https://doi.org/10.1101/542696

Madeleine Seale, Annamaria Kiss, Simone Bovio, Ignazio Maria Viola, Enrico Mastropaolo, Arezki Boudaoud and Naomi Nakayama (2022) Dandelion pappus morphing is actuated by radially patterned material swelling. Nat Commun 13, 2498; doi: https://doi.org/10.1038/s41467-022-30245-3

About sugar and starch

About sugar and starch

Just like us plants don’t like a lack of energy. During the day plants get their energy from sunlight and CO2. To prevent running out of energy during the night, plants turn part of that energy into starch. When there is not enough or no sunlight, plants breakdown this starch into energy. This happens during the night. But also, during twilight, or on a very overcast day. Researchers from Germany found out how plants decide to breakdown starch.

Using a computer simulation, the researchers predicted for different situations the breakdown of starch. In the simulation, the breakdown of starch was dependent on the amount of starch available and the time to dawn. The predicted outcomes were compared with the observed results in real life. For one of the situations there was a difference in outcome between the prediction and observations. This gave a lead in the search how starch breakdown is regulated.

In this situation, the researchers placed the plants from a normal day-night rhythm into a space with intense light for 24 hours a day. The simulation predicted that even though there was no night, the plants will breakdown starch in the second half of the expected night. In real life plants did not do that. There was no starch breakdown. This contrasted with plants standing for 24 hour a day in low light, like twilight, then plants do breakdown starch in the second half of the expected night. Indicating that there is something that prevents the breakdown of starch when there is enough light.

This signal can come directly from the received amount of light. Or it can be an indirect signal, like for example the amount of available sugar. To decipher between these two, the researchers analysed what happened with plants that got less light in the afternoon. This they compared with  plants that got enough light in the afternoon, but not enough CO2. In both situations plants make less sugars. And as the researchers noticed, in both cases they broke down more starch. Showing that the signal is coming from the sugars and not the light.

Sugar, thus, prevents the breakdown of starch. A reduction in the availability of sugar, like during a very cloudy day or during twilight, enables the breakdown of starch. Necessary even, to prevent an abrupt dip in energy. Allowing plants to keep going, even on a rainy day.

Literature

Hirofumi Ishihara, Saleh Alseekh, Regina Feil, Pumi Perera, Gavin M George, Piotr Niedźwiecki, Stephanie Arrivault, Samuel C Zeeman, Alisdair R Fernie, John E Lunn, Alison M Smith, Mark Stitt (2022) Rising rates of starch degradation during daytime and trehalose 6-phosphate optimize carbon availability. Plant Physiology, kiac162, https://doi.org/10.1093/plphys/kiac162

Do you want to read more about how plants calculate how much starch they can use? Go to Calculating plants