Een balans tussen water en energie

Een balans tussen water en energie

Fotosynthese is van levensbelang voor een plant. Het omzetten van CO2 in glucose zorgt voor energie, om te leven, te groeien en om voor te planten. CO2 komt de plant binnen via huidmondjes, ook wel stomata genoemd, aan de onderkant van de bladeren. Fotosynthese rest product zuurstof verlaat de plant via stomata, net zoals water. Het is dus van belang dat gedurende de dag, wanneer fotosynthese plaats vindt, de stomata open zijn. Maar is er spraken van droogte en dus een te kort aan water, dan moeten de stomata dicht. Alleen kan er dan geen fotosynthese plaatsvinden. Dit moet dus goed gereguleerd worden. Onderzoekers uit Zweden hebben ontdekt hoe de plant dit doet.

Wanneer er geen spraken is van droogte dan reguleert het klok eiwit ZEITLUPE de opening van de stomata. In de avond, wanneer er veel ZEITLUPE eiwit is sluiten de stomata, en in de ochtend, wanneer de hoeveelheid ZEITLUPE is afgenomen openen de stomata weer. Maar bij droogte treedt het droogte protocol in werking, onder leiding van manager: ABA, een plant hormoon. ABA overtuigt ZEITLUPE ervan om de stomata eerder te laten sluiten. ABA doet dit door de afbraak van het stomata sluitende eiwit OST1 tegen te gaan. OST1 kan dan met ZEITLUPE samenwerken, wat resulteert in een eerdere sluiting van de stomata.

De onderzoekers zagen dat dit niet het hele verhaal was. Waar klok eiwit ZEITLUPE samenwerkt met ABA tegen water verdamping, werkt een ander klok eiwit, PRR5, hun tegen om de fotosynthese door te kunnen laten gaan. Ook PRR5 kan aan OST1 binden, maar in tegenstelling tot ZEITLUPE zorgt PRR5 ervoor dat OST1 de stomata niet kan sluiten. Ze blijven dus open om CO2 binnen te laten voor fotosynthese.

De aanwezigheid van zowel ZEITLUPE als PRR5 oscilleert met een dagelijks ritme, met elk een piek en een dal, die niet samenvallen. Dit zorgt ervoor dat ook tijdens het droogte protocol fotosynthese kan doorgaan. Was PRR5 afwezig geweest, en was de plant gestorven door gebrek aan energie. Terwijl de afwezigheid van ZEITLUPE sterfte door uitdroging vergroot. Met zowel PRR5 en ZEITLUPE is er dus een balans tussen energie toevoer en waterverdamping.

Literatuur

Jurca M, Sjölander J, Ibáñez C, Matrosova A, Johansson M, Kozarewa I, Takata N, Bakó L, Webb AAR, Israelsson-Nordström M and Eriksson ME (2022) ZEITLUPE Promotes ABA-Induced Stomatal Closure in Arabidopsis and Populus. Frontiers in Plant Science 13:829121. doi: 10.3389/fpls.2022.829121

Lees meer over stomata in: Licht laat planten ademen

Light makes plants move

Light makes plants move

Light, the most important energy source for a plant. It is not always easily accessible. Anchored in the ground, plants can not step out of the shadow and into the light. But that is not to say that they don’t try to reach for the light. They do. By moving their leaves upwards. In this way plants tilt their leaves above those of their neighbours, receiving more light themselves.

Light is so important, that plants constantly measure how much there is. For this they have specific photoreceptors. Shade, caused by other plants, changes the amount of red vs far-red light photoreceptors receive. The shadow causing leaves absorb the red light for their own photosynthesis. But not the far-red light. Letting the plant know it is in the shade.

Researchers for Utrecht studied the effect of receiving more far-red than red light. After exposing a leave-tip to far-red light they noticed that the plant tilts the leave higher. Also, after exposing the leave-tip to far-red light, the production of the plant hormone auxin increased. Checking if auxin is needed for the response, they applied auxin on the leave-tip. The plant moved the leave higher. Indicating that the local production of auxin is required for this response.

Auxin moves, with help of the auxin transporter PIN3, specifically from the leave-tip to the abaxial side, the underside, of the leafstalk. In the leafstalk, the researchers noticed, auxin activates the expression of gibberellin synthesis genes. It is the combination of auxin and gibberellin that causes cells at the abaxial side of the leafstalk to stretch. Resulting in shorter cells at the top and longer cells at the underside, curling the leafstalk upwards. Moving the leave above the shadow.

Literature

Küpers, J.J., Snoek, B.L., Oskam, L., Pantazopoulou C.K., Matton, S.E.A., Reinen, E., Liao, C.-Y., Eggermont, E.D.C., Weekamp, H., Kohlen, W., Weijers, D., Pierik, R. (2022) Local light signalling at the leaf tip drives remote differential petiole growth through auxin-gibberellin dynamics. bioRxiv 2022.02.25.481815; doi: https://doi.org/10.1101/2022.02.25.481815

Now published in

Küpers, J.J., Snoek, B.L., Oskam, L., Pantazopoulou C.K., Matton, S.E.A., Reinen, E., Liao, C.-Y., Eggermont, E.D.C., Weekamp, H., Biddanda-Devaiah, M.,  Kohlen, W., Weijers, D., Pierik, R. (2023) Local light signaling at the leaf tip drives remote differential petiole growth through auxin-gibberellin dynamics, Current Biology (2022), https://doi.org/10.1016/j.cub.2022.11.045

Licht zet planten in beweging

Licht zet planten in beweging

Licht, de belangrijkste energiebron van de plant. Ze kunnen er niet altijd even makkelijk bij. Verankerd in de grond, stappen planten niet uit de schaduw het licht in. Dat wil niet zeggen dat ze niet naar het licht rijken. Dat doen ze. En wel door hun bladeren meer om hoog te tillen. Zo zorgen ze ervoor dat hun bladeren boven die van hun buren uitkomen, en ze dus meer licht ontvangen.

Licht is zo belangrijk, dat planten constant monitoren hoeveel ervan binnenkomt. Ze hebben hiervoor speciale fotoreceptoren. Schaduw, veroorzaakt door andere planten, verschuift de verhouding van het soort licht dat deze fotoreceptoren opvangen van rood naar ver-rood. De schaduw werpende bladeren hebben het rode licht opgenomen, om te gebruiken voor fotosynthese. Het waargenomen ver-rode licht niet. En dit laat de plant weten dat het in de schaduw staat.

Onderzoekers uit Utrecht onderzochten de invloed van meer ver-rood licht op een plant. Ze zagen dat na het schijnen van ver-rood licht op de punt van een blad, de plant dit blad omhoogtilt.  Na het schijnen van ver-rood licht was lokaal de productie van het plant hormoon auxin verhoogd. Met het aanbrengen van auxin op de tip van het blad konden onderzoekers de plant het blad omhoog laten tillen. De lokale productie van auxin na het waarnemen van meer ver-rood licht is dus noodzakelijk voor de reactie.

Met behulp van de auxin transporter PIN3 verplaatst auxin van de punt van het blad naar de abaxiale kant, de onderkant, van de stengel. Hier zagen de onderzoekers dat auxin de expressie van genen van de gibberellin synthese verhoogd. Het is de combinatie van auxin en gibberellin dat ervoor zorgt dat de cellen aan de abaxiale kant van de stengel zich uitstrekken. Doordat de cellen aan de bovenkant van de stengel vervolgens korter zijn dan die aan de onderkant, krult de stengel omhoog. Om zo het blad boven de schaduw uit te tillen.

Literatuur

Küpers, J.J., Snoek, B.L., Oskam, L., Pantazopoulou C.K., Matton, S.E.A., Reinen, E., Liao, C.-Y., Eggermont, E.D.C., Weekamp, H., Kohlen, W., Weijers, D., Pierik, R. (2022) Local light signalling at the leaf tip drives remote differential petiole growth through auxin-gibberellin dynamics. bioRxiv 2022.02.25.481815; doi: https://doi.org/10.1101/2022.02.25.481815

Nu gepubliceerd in

Küpers, J.J., Snoek, B.L., Oskam, L., Pantazopoulou C.K., Matton, S.E.A., Reinen, E., Liao, C.-Y., Eggermont, E.D.C., Weekamp, H., Biddanda-Devaiah, M.,  Kohlen, W., Weijers, D., Pierik, R. (2023) Local light signaling at the leaf tip drives remote differential petiole growth through auxin-gibberellin dynamics, Current Biology (2022), https://doi.org/10.1016/j.cub.2022.11.045

Caught in the moment

Caught in the moment

Evolution, a slow process, difficult to see in action. Often it is so slow, only after a long time, you notice something has changed. Then, try finding out what caused the change. Sometimes, however, it is at once clear something has changed. An organ or a limp is missing, misplaced, or multiplied. A so-called homeotic mutation occurred. This is a mutation in a gene that has a crucial role early in organ or limp development. Often these are not to stay in the population, but sometimes they do. Such as for a variant of the Colorado blue columbine (Aquilegia coerulea).

Flowers of the Colorado blue columbine have five purple sepals, each with a yellow tip at the edge. Inside these there are five white petals with long purple tubular nectar spurs. And in the middle, there are the stamens with bright yellow pollen. Remarkable flowers pollinated by hawkmoths and bumblebees. A variant of the Colorado blue columbine, the daileyae, lacks the white nectar holding petals. In its place it has five purple sepals. This variant was first spotted in 1897, and now over 100 years later it is still there and thriving.

Researchers from California decided to unravel the success of daileyae. First, they found out why this variant is thriving. As pollinators miss their nectar treat, it was expected that they would not visit daileyae. The researchers actually found the opposite was true, both bumblebees and hawkmoths visited the normal and daileyae variant just as often. Individual pollinators did not have a preference, visiting both the normal and daileyae variants.

The big difference was spotted in the number of flowers with herbivory damage. Aphids, caterpillars, but also deer like Colorado blue columbine flowers. With both aphids and deer, having a sweet tooth, preferring the normal Colorado blue columbine flowers. There are just more daileyae flowers leftover that can set seeds.

Secondly the researchers analysed which gene and which mutation caused the daileyae variant. The gene APETALA3-3 is required for sepal development. Daileyae APETALA3-3 has a loss-of function mutation that turns off the gene. This causes the sepals to develop as petals. It turned out that in the daileyae population there were four different types of loss-of-function mutations in the APETALA3-3 gene. But with each APETALA3-3 allele has only one type of loss-of-function mutation. These loss-of-function mutations did not only show up in the daileyae population, but the normal Colorado blue columbine plants could in addition to a functional also have a loss-of-function APETALA3-3 copy.

Evolution is still in action. With a clear positive selection pressure for the daileyae Colorado blue columbine. But which of the four loss-of-function mutations in APETALA3-3 will get to dominate the population is still undecided. Also, pollination between the normal and the new Colorado blue columbine variants still occur. Does the daileyae variant take over, or do both variants find their own nice? The race is not finished yet, evolution is in full swing.

Literature

Cabin, Z., Derieg, N.J., Garton, A., Ngo, T., Quezada, A., Gasseholm, C., Simon, M., Hodges, S.A. (2022) Non-pollinator selection for a floral homeotic mutant conferring loss of nectar reward in Aquilegia coerulea. Current Biology DOI: https://doi.org/10.1016/j.cub.2022.01.066