Schone lei

Schone lei

Een plant zorgt ervoor dat hij bloeit in ideale omstandigheden, elk jaar weer. Zo moet de plant volwassen zijn. Moet het warm genoeg zijn, en de plant genoeg voedingsstoffen hebben. Ook probeert de plant ervoor te zorgen dat het tijd heeft om zaden en vruchten te ontwikkelen na bevruchting van de bloem. Om het ideale moment uit te kiezen maakt de plant gebruik van een controle lijst.

Niet alle punten op de lijst kunnen gelijktijdig worden afgevinkt. Een plant kan al volwassen terwijl de rest van de vereisten nog niet zijn gehaald. Geen nood. Een plant kan dat onthouden. Door de genen te markeren die bij een punt op de lijst omslaan van aan naar uit (of omgekeerd) zorgt de plant ervoor het vinkje op de controle lijst niet verdwijnt.

Onderzoek naar hoe dit geregeld is voor de check ‘winter al geweest is’ bij de eenjarige Arabidopsis (zandraket) heeft dit duidelijk in kaart gebracht. Het gen FLC staat aan als er nog geen winter is geweest. Het uitschakelen van FLC gebeurt gedurende de winter, wanneer het voor lange tijd koud is, onder de 10 graden. Aan het eind van de winter is FLC in alle cellen van de plant gemarkeerd en uit. En is het punt voor ‘winter al geweest’ afgevinkt.

Het afvinken van de punten op de controle lijst door de betrokken genen te markeren is heel handig voor de plant, zo kan hij onthouden wat er is gebeurd. Alleen voor de volgende generatie is het van belang dat de vinkjes op de controle lijst weer zijn uitgewist. Dit voorkomt dat wanneer een plant ontkiemt deze gelijk gaat bloeien. Lang was het de vraag hoe de plant deze vinkjes uitwist?

Nu heeft een groep van Engelse en Oostenrijkse onderzoekers achterhaald hoe de plant dit voor FLC  doet. Dit gebeurt via een soort van getouwtrek tussen het gen dat FLC aan wil zetten, FRIGIDA, en het gen dat FLC uit wil houden, FCA. Is er geen FRIGIDA dan hebben planten geen winter nodig om te kunnen bloeien. FRIGIDA krijgt FLC weer aan door de markeringen los te schudden.

Te gelijker tijd probeert FCA te voorkomen dat FLC weer aan gaat. Dit doet het door tijdens het aflezen van FLC, gelijk al aan het begin te zeggen ‘hier is het einde van dit gen’. Dit zorgt ervoor dat de plant alleen het eerste gedeelte van FLC leest, maar de rest van het gen niet, waardoor de markeringen niet van FLC loskomen.

Dit gebeurt allemaal in de eerste drie tot vier dagen na bestuiving van de bloem. Is er flink meer FRIGIDA, dan staat FLC aan op het moment dat het zaadje ontkiemt, en heeft de plant een winter nodig voordat het kan bloeien. Is er overtuigend meer FCA, dan is FLC uit, en kan de plant bloeien zonder tussenkomst van een winter. Het kan natuurlijk ook dat de hoeveelheid FRIGIDA en FCA hier ergens tussen in liggen. Dan geld, hoe meer FRIGIDA hoe langer de winter, hoe meer FCA hoe korter.

Het is goed voor te stellen dat alle eenjarige en twee jarige planten gebruikmaken van eenzelfde soort mechanisme om de vinkjes van hun controle lijst weer uit te wissen. Voor meerjarige planten is het waarschijnlijk minder simpel. Zij leven tenslotte meerdere jaren en bloeien jaar naar jaar.

Literatuur

Michael Schon, Catherine Baxter, Congyao Xu, Balaji Enugutti, Michael D. Nodine, Caroline Dean (2021) Antagonistic activities of cotranscriptional regulators within an early developmental window set FLC expression level. Proceedings of the National Academy of Sciences 118 e2102753118

Under pressure

Under pressure

Not only do roots anker the plant to the ground, they also actively search for water and nutrients. In their search they come across a range of obstacles. Think about stones and other roots, but also more densely packed patches of soil. They grow gently around or through these.

During growth the tip of the root is its navigation system. With help of calcium signals and hormones it lets the rest of the root know where to go. Right down. Or maybe left, because there are more nutrients that way, in that case the tip gives the message: cells on the right site, stretch out more.

But how do they know they come across an obstacle, that is what researchers in America where asking. First, they looked at what happens when a root hits an obstacle. This causes mechanical pressure on the root tip. This pressure thus tells the root tip there is an obstacle.

The next question was, how does the plant translate this into a biological signal? In their search for the answer, researchers discovered that they do this with help of channels, called PIEZO, located in root tip cells. These doors between cells open when the root tip encounters pressure, letting through a calcium signal to the rest of the root.

PIEZO is important for growing through densely packed soil. Without PIEZO roots are growing less quick through hard ground. Therefore, PIEZO is part of the navigational system. When PIEZO opens, it tells the rest of the root: more force, we encounter hard ground.

Literature

Seyed A. R. Mousavi, Adrienne E. Dubin, Wei-Zheng Zeng, Adam M. Coombs, Khai Do, Darian A. Ghadiri, William T. Keenan, Chennan Ge, Yunde Zhao, Ardem Patapoutian (2021) PIEZO ion channel is required for root mechanotransduction in Arabidopsis thaliana. PNAS 118: e2102188118

Onder druk

Onder druk

Wortels verankeren planten niet alleen in de grond, maar gaan ook actief op zoek naar water en voedingstoffen. Daarbij komen ze allerlei obstakels tegen. Denk hierbij aan stenen of andere wortels, maar ook aan hardere, dichter opeengepakte stukken grond. Ze groeien hier rustig om- of doorheen.

De tip van de wortel is het navigatiesysteem tijdens de groei. Met behulp van calcium signalen en hormonen laat het de rest van de wortel weten welke kant ze op gaan. Recht naar beneden. Of toch maar naar links omdat daar meer voedingsstoffen zijn, in dat geval geeft de worteltip het bevel: cellen aan de rechter kant meer uitstrekken.

Maar hoe weten ze een obstakel tegen komen dat vroegen Amerikaanse onderzoekers zich af. Ze keken eerst naar wat er gebeurt als een wortel tegen een obstakel komt. Dit geeft een mechanische druk op de worteltip. Het indrukken van de worteltip vertelt dus hier is een obstakel.

De volgende vraag was dan ook hoe de plant dit vertaalt naar een biologisch signaal? In hun zoektocht naar het antwoord ontdekte onderzoekers dat de cellen dit doen met behulp van kanaaltjes, genaamd PIEZO, in de cellen van de worteltip. Deze deuren tussen cellen gaan open bij het indrukken van de worteltip en laten dan een calcium signaal door naar de rest van de wortel.

PIEZO is belangrijk om door harde grond te groeien. Ontbreekt PIEZO dan groeien de wortels minder snel door harde grond. PIEZO is dus onderdeel van het navigatiesysteem. Gaat PIEZO open dan zegt het tegen de rest van de wortel: meer kracht, dit is een hard stuk grond.  

Literatuur

Seyed A. R. Mousavi, Adrienne E. Dubin, Wei-Zheng Zeng, Adam M. Coombs, Khai Do, Darian A. Ghadiri, William T. Keenan, Chennan Ge, Yunde Zhao, Ardem Patapoutian (2021) PIEZO ion channel is required for root mechanotransduction in Arabidopsis thaliana. PNAS 118: e2102188118

Quick plants

Quick plants

One, two, gotcha, that one is not going anywhere. Who wants to catch flies needs to be super quick, like Venus flytrap. A real hunter, this plant.

Where most plants are preyed by hungry insects, is this meat-eater eating them. This makes Venus flytrap already an exception within plants. Another difference, most plants are moving super slow, so slow that you can not see it. You can only see it when you film a plant for a day, and play this movie at an increased speed. But not Venus flytrap, she reacts super vast, within 100 milliseconds.

Realtime recording of a Venus flytrap reaction to a fly. This film was recorded by Procko et al., 2021 eLife ;10:e64250

Venus is luring flies to its trap with a for the fly attractive smell. The trap is made off two so called trap-leaves, which are surrounded by thorns, like a mouth with sharp teeth. As soon as a fly lands on these trap-leaves, the trap springs. The thorns reach into each other and the fly can not escape. Venus has the time to digest the fly. How the plant manages to react so quickly is a question that researches try to answer for a long time. Already in 1875 Charles Darwin, they guy of the evolution theory, was already thinking about this.

Each trap-leaf has three or four touch sensitive trigger hairs, like whiskers, to enable Venus to react that quickly. When one of these trigger hairs bends, an electric current, a signal, goes to the point where the trap-leaves connect. A single signal can be caused by a falling twig, nothing to react to. But are two signals arriving quickly in a row, then the trap springs.

But how can bending of a trigger hair result in a signal? Now we have the answer. A trigger hair consists of three parts. A foot, which connects the trigger hair with the trap-leaf. A long unbending lever. And a bending part that connects the lever with the foot. American researchers found in the cells of this bending part a channel, that they called Flycatcher. A channel is like a door between cells. Normally this door is closed. But when a trigger hair bends and the cell stretches, Flycatcher opens and allows a current to pass.

Other plants have channels that look like Flycatcher. We do not know why they do not react to touch that quickly. Maybe something to find out. In the meantime, Venus will catch another fly. One, two, gotcha.

Literature

Carl Procko, Swetha Murthy, William T Keenan, Seyed Ali Reza Mousavi, Tsegaye Dabi, Adam Coombs, Erik Procko, Lisa Baird, Ardem Patapoutian and Joanne Chory (2021) Stretch-activated ion channels identified in the touch-sensitive structures of carnivorous Droseraceae plants. eLife 10:e64250

Thanks for reading.
If you like what you read, support me with on of the following actions

🍵 Buy me a tea

Follow me on LinkedIn or BlueSky
Share it with a friend or co-worker
Singing up to my newsletter so my next blog lands directly in your inbox