Pausing growth

Pausing growth

Just like ours, the environment of plants is in flux, changing constantly. There can be a drought, or a shortage of nutrients. To survive, plants adjust their growth. By shortage of water a plant will grow little to none. Only to start growing again after rain has fallen. For long it was not known how a plant managed to do this, but now researchers have discovered its secret.

Plants grow from growth regions. With only the cells in those growth regions dividing. TOR is one of the proteins that is promoting growth from these regions. TOR is turned on in every dividing cell. Is TOR turned off, then the cell is no longer part of the growth region. During stress, like water shortage, the number of cells in the growth regions declines. TOR is turned on in fewer cells.

Temporally release of the TOR-off switch pauses growth during stressful periods

Researchers from Portugal and Belgium studied how drought can turn-off TOR. They focussed on the effect of the drought-manager ABA has on a protein that can switch off TOR. During optimal conditions this protein is located in the nucleus of the cell. Preventing the TOR-off switch reaching TOR.  But, as the researchers noticed, ABA frees the TOR-off switch from the nucleus. Now it can turn off TOR.

When rain is making an end of the drought, the drought-manager leaves. Its job is finished. This forces the TOR-off switch to stay in the nucleus again. Keeping TOR on, the number of cells in the growth region increases, and the plant starts growing again. The temporally release of the TOR-off switch pauses growth during stressful periods. It enables the drought-manager to help plants better cope with stress.

Literature

Borja Belda-Palazóna, Mónica Costaa, Tom Beeckman, Filip Rollandd, and Elena Baena-González (2022) ABA represses TOR and root meristem activity through nuclear exit of the SnRK1 kinase. PNAS 119 (28) e2204862119 https://doi.org/10.1073/pnas.2204862119

Groei pauzeren

Groei pauzeren

Onze omgeving veranderd constant. Zo ook die van een plant. Zo kan er sprake zijn van droogte, of een tekort aan voedingstoffen. Om te overleven past de plant hierop z’n groei aan. In tijde van een tekort aan water groeit de plant langzaam tot bijna niet. Om wanneer het weer eens flink heeft geregend in volle vaart door te groeien. Lange tijd was onduidelijk hoe een plant dit voor elkaar kreeg, maar nu hebben onderzoekers het geheim ontrafelt.

Planten groeien vanuit groeikernen. Alleen cellen in en nabij deze groeikernen delen. TOR is een van de eiwitten die groei vanuit de groeikern promoot. In elke delende cel staat TOR aan. Staat TOR uit dan deelt de cel niet, en is deze geen deel van de groeikern. Wanneer er spraken is van stress, zoals bij een tekort aan water, dan neemt het aantal groeikerncellen af, TOR gaat in meer cellen uit.

Het tijdelijk vrijlaten van de TOR-uitschakelaar pauzeert de groei tijdens moeilijke omstandigheden

Onderzoekers uit Portugal en België onderzochten hoe droogte TOR kan uitzetten. Hierbij keken ze naar het effect van de droogt-manager ABA op een eiwit die TOR kan uitzetten. Onder optimale omstandigheden zit dit eiwit vast in de nucleus van de cel. Zo komt deze TOR-uitschakelaar niet bij TOR in de buurt. Maar, zo zagen de onderzoekers, ABA bevrijd de TOR-uitschakelaar uit de nucleus om TOR uitzetten.

Wanneer er door regen een eind aan de droogte komt vertrekt de ABA-manager weer. Zijn taak zit erop. Hierdoor kan de TOR-uitschakelaar niet meer uit de nucleus. TOR blijft aan, het aantal groeikerncellen neemt toe, en de plant gaat weer verder met groeien. Het tijdelijk vrijlaten van de TOR-uitschakelaar pauzeert de groei tijdens moeilijke omstandigheden. Zo maakt de droogte-manager de plant beter bestendigd tegen stress.

Literatuur

Borja Belda-Palazóna, Mónica Costaa, Tom Beeckman, Filip Rollandd, and Elena Baena-González (2022) ABA represses TOR and root meristem activity through nuclear exit of the SnRK1 kinase. PNAS 119 (28) e2204862119 https://doi.org/10.1073/pnas.2204862119

Relay messengers

Relay messengers

A fast response is needed when pathogenic bacteria or fungi enters a plant. Then the plant can try to actively stop this intruder, starting an immune reaction. For this, the recogniser sends a message to the whole cell, who in turn forwards it to the whole plant. Like a relay. Although most of the participants of this relay are known, up till now it was still unknown how the transfer between the first and second participants takes place.

To find out Chinese and German researchers studied the transfer between the recogniser, the TIR-receptor, and the next runner, the EDS1-PAD4 complex. A relay runner can only do the transfer with the next runner after the transfer of the previous runner took place. Therefore, the researchers analysed what EDS1-PAD4 was carrying when it did its next transfer. This allowed the researchers to discover that EDS1-PAD4 carried the messenger pRip-AMP or pRip-ADP when it did the subsequent transfer. Only with one of these two messengers EDS1-PAD4 could do the next transfer. Suggesting that the TIR-receptor transfers pRip-AMP/ADP to EDS1-PAD4.

The pRip-AMP/ADP messengers are an important link in starting the defence against intruders

Although confirming this turned out to be a bit of a headage, as pRip-AMP/ADP breaks down quickly when there is no EDS1-PAD4 to hold it. To get around this the researchers made use of two type of cells. Firstly, plant cells with the TIR-receptor, but without EDS1-PAD4. And secondly, insect cells with EDS1-PAD4, but without the TIR-receptor. These they mixed, and broke them open only after that, so that any pRip-AMP/ADP could find a EDS1-PAD4 complex to hold on to. What they found: EDS1-PAD4 holding pRip-AMP.

The TIR-receptor produces pRip-AMP messengers to start off the immune reaction relay. The pRip-AMP/ADP messengers are an important link in starting the defence against intruders. Now knowing the messengers of the intruder-recognisers we can work on protecting plants better against those unwanted intruders. Keeping our plants healty.

Literature

Jia A., Huang S., Song W., Wang J., Meng Y., Sun Y., Xu L., Laessle H., Jirschitzka J., Hou J., Zhang T., Yu W., Hessler G., Li E., Ma S., Yu D., Gebauer J., Baumann U., Liu X., Han Z., Chang J., Parker J.E., and Chai J. (2022) TIR-catalyzed ADP-ribosylation reactions produce signaling molecules for plant immunity. Science DOI: 10.1126/science.abq8180

Estafette boodschappers

Estafette boodschappers

Wanneer er een kwaadaardige bacterie of schimmel de plant binnen dringt is het handig om deze snel te herkennen. Dan kan de plant proberen om de indringer actief tegen te houden, met een immuunreactie. Om de immuunreactie op gang te brengen stuurt de herkenner een boodschap naar de rest van de cel, die het vervolgens de hele plant doorstuurt. Als een soort estafette. Al zijn de meeste deelnemers van deze estafette bekend, tot nu toe onbekend was hoe de eerste overdracht plaats vindt.

Om dit te ontdekken bestudeerde Chinese en Duitse onderzoekers de overdracht van de herkenner, de TIR-receptor, naar volgende loper, het EDS1-PAD4 complex. Een estafette elke loper kan pas in actie komen na de overdracht met de vorige loper. Daarom keken de onderzoekers heel secuur of EDS1-PAD4 iets bij zich had tijdens z’n volgende overdracht. Hierbij ontdekte de onderzoekers dat EDS1-PAD4 de boodschapper pRip-ADP of pRip-AMP bij zich heeft. Alleen met deze boodschapper kan EDS1-PAD4 de volgende overdracht in de estafette doen. Dit suggereert dat de TIR-receptor de boodschapper pRip-AMP/ADP aan EDS1-PAD4 doorgeeft.

De pRip-AMP/ADP boodschappers zijn een belangrijke schakel in het opzetten van een goede verdediging tegen indringers

Om dit te bevestigen, was nog niet zo simpel. Wanneer er geen ESD1-PAD4 is om pRip-AMP/ADP vast te houden, dan vallen de boodschappers snel uit elkaar. Om toch te kunnen checken of de TIR-receptor de boodschappers maakt gebruikte de onderzoekers twee soorten cellen. Plantencellen die geen ESD1-PAD4 hadden maar wel de TIR-receptor. En insecten cellen die de TIR-receptor niet, maar wel ESD1-PAD4 hadden. Deze mengde ze, en pas hierna braken ze de cellen open, zo konden ESD1-PAD4 gelijk de boodschappers vastpakken, als de TIR-receptor deze had geproduceerd. Wat bleek: ESD1-PAD4 had pRIP-AMP vast.

De TIR-receptor maakt dus de pRip-AMP boodschapper om de immuunreactie estafette opgang te brengen. De pRip-AMP/ADP boodschappers zijn een belangrijke schakel in het opzetten van een goede verdediging tegen indringers. Nu we de boodschappers van de binnendringer-herkenner kennen, kunnen we in de toekomst planten beter helpen in hun gevecht tegen indringers. Om de planten gezond te houden

Literatuur

Jia A., Huang S., Song W., Wang J., Meng Y., Sun Y., Xu L., Laessle H., Jirschitzka J., Hou J., Zhang T., Yu W., Hessler G., Li E., Ma S., Yu D., Gebauer J., Baumann U., Liu X., Han Z., Chang J., Parker J.E., and Chai J. (2022) TIR-catalyzed ADP-ribosylation reactions produce signaling molecules for plant immunity. Science DOI: 10.1126/science.abq8180