Finding an entry point

Finding an entry point

Plants are pretty good at halting entrance to unwanted pathogens. Pathogens do, however, still find a way in. Bacteria like to use natural openings, like stomata or wounds caused by insects. For some bacteria it is known how they enter plants, and this can help with protecting plants against those bacteria. But for others it is a guess how they manage to enter.

One for which farmers and researchers guess how it enters the plant is the bacteria that cause fire blight in apple trees, Erwinia amylovora. For a long time, scientists guessed that it enters the leaves of apple trees when they are damaged by wind or insects. This however didn’t line up with what farmers observed. Fire blight infections were often when there were not a lot of insects or wind around. Leaving the question of how do these bacteria enter the apple tree leaves?

The authors of a new study “The fire blight pathogen Erwinia amylovora enters apple leaves through naturally occurring wounds from the abscission of trichomes” set out to find out.

Huddling around trichomes

The first thing they did is observing where the bacteria actually settle. They colour labelled the bacteria, so they could see where it ended up. This was not as expected around stomata, or wound sites, but around trichomes. The researchers noticed the bacteria group around non-glandular and glandular trichomes, leaf hairs. Especially at locations when those trichomes were nearby veins.

As such the researchers took a close look at those trichomes. Importantly, they did not notice natural openings nearby. Now apple tree leaves are serrated, like a bread knife. The researchers noticed that the glandular trichomes where the bacteria huddled together were often located at the tips of the serrated edge.

But as it was still a mystery how the bacteria could enter the leaves, the researchers studied the trichomes over the time. From the first unfolding of the leave till it was mature. They noticed, for the glandular trichomes that at the time of leaf unfolding, they were often attached to some other part of the leaf. As if they were caught on something.

Waiting for a tear

Although a natural part of leaf development, glandular trichomes that were stuck, often slowly broke off. Creating a small tear, just the place where the bacterium was looking for so it could enter the leaf.

As it is a natural part of development, this tear was quickly closed off, so only the young leaves got infected by the fire blight bacteria. Exactly like the farmers see happening in their orchards.

Now it is known that the trichomes of apple trees easily break off during development, breeders can select for that. For example, for trees with less trichomes, or less serrated leaves.

Literature

Millett, F., Standish, J., Scanley, J., Miller, K., Inguagiato, J., Zuverza-Mena, N., Abril, M., Robinson, V., Li, Y., Sundin, G.W. and Zeng, Q. (2025), The fire blight pathogen Erwinia amylovora enters apple leaves through naturally occurring wounds from the abscission of trichomes. Plant J, 123: e70472. https://doi.org/10.1111/tpj.70472

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

Een opening vinden

Een opening vinden

Planten zijn erg goed in het buitenhouden van ongewenste ziektemakers. Het lukt ziektemakers vaak toch om een weg naar binnen te vinden. Bacteriën houden ervan om natuurlijke openingen te gebruiken, zoals huidmondjes en wondjes veroorzaakt door insecten. Van sommige bacteriën is het bekent hoe ze planten binnendringen, en dit kan helpen met het beschermen van planten tegen deze bacteriën. Maar voor andere is het gissen hoe ze het voor elkaar krijgen om binnen te komen.

Een van de bacteriën waarbij boeren en onderzoekers nog gissen naar hoe het de plant binnen komt is de bacterie dat bacterievuur in appelbomen veroorzaakt, Erwinia amylovora. Lange tijd gokte onderzoekers dat de bacterie de bladeren van appelbomen binnendringt daar waar de bladeren zijn beschadigd door insecten of wind. Dit komt helaas niet overeen met wanneer boeren bacterievuur waarnemen. Vaak is er geen sprake van veel wind of insecten. Wat de vraag oproept, hoe komt deze bacterie appelboom bladeren binnen?

De auteurs van een nieuwe publicatie “The fire blight pathogen Erwinia amylovora enters apple leaves through naturally occurring wounds from the abscission of trichomes” zochten het uit.

Samenkomen rondom trichomen

Als eerste gingen ze na waar de bacterie zich eigenlijk op de bladeren bevond. Daarvoor gaven ze de bacterie een kleurtje mee zodat ze makkelijk konden zien waar deze zich bevond. Dit bleek niet op de verwachte locaties zoals huidmondjes of wondjes te zijn, maar rond trichomen. De onderzoekers zagen de bacterie zowel rond niet-glandulare als gladulare trichomen, bladharen. Vooral op locaties vlakbij vaatbundels.

Daarom bestudeerde de onderzoekers de trichomen nog eens goed. Ze zagen daarbij geen natuurlijke openingen rondom de trichomen. Nu hebben appelboombladeren een gekartelde rand, net zoals een broodmes. Het viel de onderzoekers op dat glandular trichomen die veel bacteriën rondom hadden vaak op de uiteinden van de kartelrand zaten.

Maar het was nog steeds een raadsel hoe de bacteriën de bladeren binnen kwamen. Daarvoor bestudeerde de onderzoekers de trichomen voor langere tijd. Vanaf het moment dat het blad zich ontvouwt, tot een volwassen blad. Het viel op dat de glandular trichomen tijdens het moment van ontvouwen vaak met hun uiteinde aan een ander gedeelte van het blad vastzaten. Alsof ze ergens achter bleven haken.

Wachten op een scheur

En alhoewel het een natuurlijke ontwikkeling is, de gluandular trichomen die vastzaten braken vaak langzaam af. Een smalle scheur veroorzakend, precies waar de bacterie naar opzoek was om het blad binnen te komen.

Omdat het een natuurlijk onderdeel van de groei van het blad is, sluit deze scheur zich snel. Zodat alleen jonge bladeren door met bacterievuur geïnfecteerd raken. Net zoals boeren zien in hun boomgaarden.

Nu het bekend is dat trichomen van appelbomen makkelijk afbreken tijdens de ontpopping van het blad, kunnen veredelaars daarop selecteren. Bijvoorbeeld op bomen met minder trichomen, of mindere gekartelde bladeren.

Literatuur

Millett, F., Standish, J., Scanley, J., Miller, K., Inguagiato, J., Zuverza-Mena, N., Abril, M., Robinson, V., Li, Y., Sundin, G.W. and Zeng, Q. (2025), The fire blight pathogen Erwinia amylovora enters apple leaves through naturally occurring wounds from the abscission of trichomes. Plant J, 123: e70472. https://doi.org/10.1111/tpj.70472

Bedankt voor het lezen
Vond je het interessant, overweeg dan een van de volgende acties

🍵 Buy me a tea

Volg me op LinkedIn of BlueSky
Stuur het door aan een vriend of collega
Abonnneer je op m’n nieuwsletter zodat de volgende automatisch in je inbox verschijnt.

Attracting useful bacteria

Attracting useful bacteria

Plants that grow in challenging environments, like limited nutrients, often attract microbes that can help them. Maybe one of the most well-known examples is the attraction of nitrogen fixing bacteria by legumes.

But there are lots of other microbes who with the correct encouragements can help plants. Not surprisingly, researchers are looking at which through the plant exuded substances attract useful microbes, which microbes specifically, and what they do.

One of the microbe attracting substances is apigenin. This substance is among others attracting the nitrogen fixing bacteria Azospirillum brasilense. These bacteria, in contrast to the more known rhizobia bacteria, are not involved in a close symbiotic relationship with the plant. It forms a biofilm, a thin layer around the root to create the oxygen deficient environment needed for nitrogen fixation. This does, however, enables easy access to the through nitrogen fixation freed nitrogen.

Extra apigenin in wheat

But the question is can plants, and crops in particular, be adapted in such a way that they attract more of these bacteria. A group of American researchers show in an article named “Increased Apigenin in DNA-Edited Hexaploid Wheat Promoted Soil Bacterial Nitrogen Fixation and Improved Grain Yield Under Limiting Nitrogen Fertiliser” that it is possible.

In wheat aspigenin is an intermediate product in the production of flavonoids. From the enzyme named CYP75B it is known that in rice it is transferring apigenin to luteolin. The researchers looked if this enzyme is also present in wheat. They found that wheat has eleven look-a-likes. Nine of these genes produce a complete enzyme. These nine the researchers placed in yeast to find out if the enzymes were working as expected. This turned out to be the case for seven of them.

Subsequently the researchers deactivated all nine on CYP75B like genes. That worked only partial. But when the researchers looked at the amount of apigenin in those plants, they noticed that it was enough. Plants which had some CYP75B deactivated contained more apigenin. Also, their roots exuded more apigenin.

A clear effect

Subsequently the researchers studied the effect of the increased apigenin exudation on the bacterium Azospirillum brasilense. The researchers gave Azospirillum brasilense fluorescent labels, one for detection and one for biofilm formation. In this way the researchers observed that the exuded apigenin attracted more Azospirillum brasilense. The bacterium van not just present on the roots but also created that thin oxygen excluding layer.

Lastly the researchers studied the effect of this on wheat growth and yield. Under circumstances with enough nitrogen plants without and with extra apigenin exudate did just as well. However, at the moment when less nitrogen was available, plants with extra apigenin did better. Not only did the grew bigger and produced more grains, but those grains also contained just as much nitrogen as grains produced under circumstances with enough nitrogen. Something the control plants in nitrogen poor circumstances did not do.

Apigenin is thus helping to attract nitrogen fixing bacteria that are also active. Through breeding of crops that produce more apigenin it would be possible to use less fertilization.

Literature

Tajima, H., A. Yadav, J. H. Castellanos, et al. 2025. “Increased Apigenin in DNA-Edited Hexaploid Wheat Promoted Soil Bacterial Nitrogen Fixation and Improved Grain Yield Under Limiting Nitrogen Fertiliser.” Plant Biotechnology Journal 1–15. https://doi.org/10.1111/pbi.70289. 

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

Nuttige bacteriën aantrekken

Nuttige bacteriën aantrekken

Planten die groeien onder uitdagende omstandigheden, zoals bijvoorbeeld een te kort aan voedingstoffen trekken vaak microben aan die hun kunnen helpen. Misschien wel een van de bekendste voorbeelden hiervan is het aantrekken van stikstof fixerende bacteriën door vlinderbloemigen.

Maar er zijn veel meer microben die met de juiste aanmoediging de plant kunnen helpen. Onderzoekers zijn dan ook opzoek naar welke door de plant uitgestoten stoffen nuttige microben aantrekken, welke microben dat specifiek zijn en wat ze doen.

Een van die microben aantrekkende stoffen is apigenin. Deze stof is onder andere aantrekkelijk voor de stikstof fixerende bacterie Azospirillum brasilense. Deze bacterie, in tegenstelling tot de bekendere rhizobium bacterie, gaat geen samenwerking aan met de plant. Maar vormt een biofilm, een dun laagje om de wortel heen om de zuurstofloze omgeving, nodig voor stikstof fixatie, te creëren. De bij de stikstof fixatie beschikbaar gekomen stikstof kan de plant dan makkelijk opnemen.

Extra apigenin in tarwe

Maar de vraag was of planten, en gewassen in het bijzonder, kunnen aanpassen zodat ze meer van deze bacterie aantrekken. Een groep van Amerikaanse onderzoekers laat met het artikel genaamd “Increased Apigenin in DNA-Edited Hexaploid Wheat Promoted Soil Bacterial Nitrogen Fixation and Improved Grain Yield Under Limiting Nitrogen Fertiliser” zien dat dat mogelijk is.

In tarwe is apigenin een tussenproduct in de productie van flavonoïden. Van het enzym genaamd CYP75B is bekend dat het in rijst apigenin om zet in luteolin. De onderzoekers gingen na of dit enzym ook in tarwe aanwezig is. Ze ontdekte dat tarwe elf op rijst CYP75B lijkende genen heeft. Negen hiervan produceren een volledig enzym. Die negen plaatste de onderzoekers in gist om na te gaan of het enzym ook werkt. Dat bleek voor zeven van de negen het geval.

Vervolgens schakelde de onderzoekers alle negen op CYP75B lijkende genen uit. Dat lukte ten dele. Maar toen de onderzoekers vervolgens naar de hoeveelheid apigenin in de plant keken, bleek dit goed genoeg. De planten waar sommige van de CYP75B genen uitgeschakeld waren bevatten meer apigenin. Ook hun wortels stootte meer apigenin uit.

Duidelijk effect

Hierna bestudeerde de onderzoekers het effect van meer apigenin uitstoot op de stikstof fixerende bacterie Azospirillum brasilense. De onderzoekers gaven Azospirillum brasilense fluorescerend labels mee, een voor aanwezigheid en een voor biofilm vorming.  Zo zagen de onderzoekers dat de uitgestoten apigenin meer Azospirillum brasilense aan trok. Die was niet alleen aanwezig op de wortels maar creëerde ook dat dunne zuurstof uitsluitende laagje.

Als laatste bestudeerde de onderzoekers het effect hiervan op de groei en opbrengst. Onder omstandigheden met ruim voldoende stikstof bemesting doen zowel planten zonder als met extra apigenin het even goed. Maar op het moment dat er minder stikstof aanwezig is doen de planten met extra apigenin het beter. Ze zijn niet alleen groter dan de controle planten onder die omstandigheden, maar produceren ook meer granen die evenveel stikstof bevatten als onder omstandigheden met voldoende stikstof. Iets wat de controle planten in stikstof arme omstandigheden niet deden.

Apigenin helpt dus met het aantrekken van stikstof fixerende bacteriën die ook actief zijn. Door gewassen te kweken die meer apigenin produceren zal het mogelijk zijn om minder bemesting te gebruiken.

Literatuur

Tajima, H., A. Yadav, J. H. Castellanos, et al. 2025. “Increased Apigenin in DNA-Edited Hexaploid Wheat Promoted Soil Bacterial Nitrogen Fixation and Improved Grain Yield Under Limiting Nitrogen Fertiliser.” Plant Biotechnology Journal 1–15. https://doi.org/10.1111/pbi.70289.  

Bedankt voor het lezen
Vond je het interessant, overweeg dan een van de volgende acties

🍵 Buy me a tea

Volg me op LinkedIn of BlueSky
Stuur het door aan een vriend of collega
Abonnneer je op m’n nieuwsletter zodat de volgende automatisch in je inbox verschijnt.