The influence of CO2 on acorns

The influence of CO2 on acorns

Plants grow better if they receive more CO2, aren’t they? In first instance this appears to be the case. Plants get bigger and are also producing more and bigger seeds. But if that is good news for everyone, that is something that remains to be seen.

Who is looking further than appearances sees that more happens than only growing bigger. Seeds and fruits from annual plants, like lots of our crops, who grow with extra CO2 contain less minerals. They also contained less proteins. And that is a problem, because we and other eaters de need those minerals and proteins.

There are lots of questions related to how and why the amount of protein and minerals in seeds and fruits is lower when there is more CO2 available. Is it because the plants are not taking up enough minerals compared to the amount of CO2 they transform into sugars? Or is it because the metabolism of the plant changes when there are more sugars available? All questions that are waiting for an answer.

Bigger acorns

A new study tries to answer then, but also on the question how extra CO2 influences perennial plants like trees. The study published as “Elevated atmospheric CO2-induced reprogramming leads to decreased seed protein and nutritional quality in forest trees” looks specifically at the composition of acorns.

For the study 180 year old oaks grew for 8 years in an environment with an increased CO2 concentration. During these times the acorns of the oaks produced were bigger than those of also 180 year oaks that were growing with ambient CO2 concentrations.

During the last two years the researchers collected the acorns for further study. While doing this they paid attention to that the acorns they collected form both groups of trees were of the same size. The first thing the researchers did was checking if there was a difference in germination rate. This appeared not to be the case under the tested condition.

Subsequently the researchers studied the contents of the acorns. The amount of minerals they contained, the amount of protein, and which proteins were present. Also, which other metabolites were present and which genes were active was studied.

Less nutritious

For the minerals present the researchers did not see any difference. But they did notice that in acorns that grew on trees grown under elevated CO2 levels there were more metabolites present that bind minerals. The consequence of this is that some minerals were present but less available for use by those who eat the acorns. The acorns of trees that grew under elevated CO2 levels also had less proteins.

While studying the proteins and genes that are active in the acorns two things got the researchers attention. The first is that in acorns from trees grown under elevated CO2 levels there were less proteins and genes active that are involved in the production of amino acids. Secondly, it appears that those oaks make more sugars and specialised metabolites.

A higher CO2 concentration is thus not only results in that trees grow better, they also reorganize their metabolism. This has as a consequence that they put more energy into the storage of sugars and their defence. The cost of this is the nutritional value of the acorns. The acorns themselves although, appear not to be negatively impacted, they still germinate without problems.

Literature

Barbara Karpinska, Rosa Sanchez-Lucas, Andrew Plackett, A Rob MacKenzie, Christine Helen Foyer, Elevated atmospheric CO2-induced reprogramming leads to decreased seed protein and nutritional quality in forest trees, Plant Physiology, 2025;, kiaf463, https://doi.org/10.1093/plphys/kiaf463

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

De invloed van CO2 op eikels

De invloed van CO2 op eikels

Met meer CO2 groeien planten beter, toch? Op het eerste gezicht lijkt het er wel op. Planten worden groten en blijken ook nog eens meer en of grotere zaden te produceren. Maar of dat voor iedereen goed nieuws is, dat valt nog te bezien.

Wie verder kijkt dan de uiterlijke kenmerken ziet dat er meer gebeurt dan alleen groter groeien. Zaden en fruit van eenjarige planten, zoals veel van onze gewassen, die met extra CO2 groeien bevatte minder mineralen. Ook zaten er minder eiwitten in deze met extra CO2 geproduceerde zaden en fruit. En dat is een probleem, want die mineralen en eiwitten hebben wij en andere eters wel nodig.

Er zijn nog veel vragen met betrekking hoe en waarom de hoeveelheid eiwitten en mineralen in zaden en fruit lager is als er meer CO2 beschikbaar is. Is dat omdat de planten niet genoeg mineralen opnemen ten opzichte van de hoeveelheid CO2 die ze omzetten in suikers? Of omdat het metabolisme van de plant veranderd als er meer suikers beschikbaar zijn? Allemaal vragen die nog wachten op antwoord.

Grotere eikels

Een nieuwe studie probeert daar antwoord op te geven, maar ook op de vraag hoe extra CO2 uitpakt voor meerjarige planten zoals bomen. De studie gepubliceerd als “Elevated atmospheric CO2-induced reprogramming leads to decreased seed protein and nutritional quality in forest trees” kijkt specifiek naar de samenstelling van eikels.

Voor de studie groeide de inmiddels 180 jaar oude eiken voor 8 jaar in een omgeving met een verhoogde CO2 concentratie. Gedurende deze tijd waren de eikels die de eiken produceren groter dan die van eveneens 180 jaar oude eiken die onder gewone CO2 concentraties groeide.

Gedurende de laatste twee jaar verzamelde de onderzoekers de eikels voor verdere bestudering. Hierbij lette ze erop dat de eikels die ze uitkozen van beide groepen bomen even groot waren. Het eerste wat de onderzoekers testte was of er verschil zat tussen de ontkieming van de eikels. Dat bleek onder de geteste omstandigheden niet het geval te zijn.

Vervolgens bestudeerde de onderzoekers de inhoud van de eikels. Hoeveel mineralen ze bevatten, de hoeveelheid eiwitten, en welke eiwitten er aanwezig waren, maar ook andere aanwezige stoffen en welke gene actief zijn werden bestudeerd.

Minder voedzaam

Qua mineralen zagen de onderzoekers geen verschil. Maar daarnaast zagen ze wel dat een van de stoffen die mineralen aan zich bindt meer aanwezig was in de eikels van bomen die met extra CO2 groeide. Dit zorgt ervoor dat sommige mineralen al zijn ze wel aanwezig, niet voor eters van de eikels beschikbaar zijn. Ook hadden de eikels van bomen die met extra CO2 groeide minder eiwitten.

Bij bestudering van de eiwitten en genen die actief zijn in de eikels vielen twee dingen op. Het eerste was dat er in eikels van bomen die extra CO2 tot hun beschikking hadden minder eiwitten en genen actief waren die aminozuren produceren. Ten tweede lijkt het erop dat deze eiken meer suikers en gespecialiseerde metabolieten maken.

Een hogere CO2 concentratie zorgt er dus niet alleen voor dat bomen beter groeien, maar ze gooien ook hun metabolisme om. Dit heeft als gevolg dat ze meer energie steken in het opslaan van suikers en hun verdediging. Dit gaat te kosten van de voedzaamheid van de eikels. Al lijken de eikels zelf daar geen nadelen van te ondervinden, ze ontkiemen nog steeds zonder problemen.

Literatuur

Barbara Karpinska, Rosa Sanchez-Lucas, Andrew Plackett, A Rob MacKenzie, Christine Helen Foyer, Elevated atmospheric CO2-induced reprogramming leads to decreased seed protein and nutritional quality in forest trees, Plant Physiology, 2025;, kiaf463, https://doi.org/10.1093/plphys/kiaf463

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.

Parasite organ formation

Parasite organ formation

Parasitic plants need another plant to survive. They latch with a special organ, named an haustorium, to their host plants, wriggling themselves inside towards the veins. There they siphon away the nutrients they need.

Seeds of parasitic plants germinate often only when they perceive specific signals that indicate that there is a host plant nearby. When the germinating plants also receive a subsequent signal, a so called haustorium inducing factor, then they start developing a haustorium.

But not much is known about the development of haustorium. After perceiving a haustorium inducing factor the cell sends out a calcium signal. This eventually results in a local auxin maximum stimulating the development of the haustorium. But what is causing the auxin biosynthesis genes to be activated is unknown.

Now do Japanese researchers show in “Neofunctionalized RGF pathways drive haustorial organogenesis in parasitic plants” that peptide growth factors have a role in this.

Signal molecules

In the Japanese study the researchers studied the development of haustoria in the parasitic plant: Phtheirospermum japonicum. They where especially interested in signal molecules that are activated after perception of the haustorium inducing factor. Specifically, they looked at possible peptide signal molecules.

In this way the researchers discovered that the root meristem growth factor RGF1, 2, and 5 were more abundant after exposure to the haustorium inducing factor. Subsequently the researchers analysed if RGF1, 2, or 5 could activate auxin biosynthesis. This turned out to be the case.

Now the researchers wanted to know where in the rood RGF1, 2, or 5 are located. Through coupling to a fluorescent protein, the researchers could see where the RGFs accumulated. Under normal conditions RGF1 is present everywhere in the root, RGF2 was absent, and RGF5 was located only in specific cells. After exposure to a haustorium inducing factor RGF2 and 5 accumulated in large quantities in the developing haustorium. The location of RGF1 did not change.

Perceiving RGFs

The next question the researchers had was which receptors are perceiving these RGFs, as RGFs by themselves can not directly activate genes. Therefore, the researchers studied RGF-receptors. First, they looked at which RGF-receptors were active in haustoria. This turned out to be RGF-receptor1, 2, 3, 4, and 5. Subsequently the researchers analysed which of those RGF-receptors bind RGF2 and RGF5. For RGF2 this was RGF-receptor1, 3, and 4. While RGF5 only bound to RGF-receptor3 and 4.

The ultimate test to confirm that the discovered RGFs and their corresponding RGF-receptors are indeed involved in the regulation of the development of haustoria is showing that in absence of these growth factors and receptors no haustoria develop. Therefore, the researchers developed plants without one of these growth factors or receptors. To the disappointment of the researchers this did not give a clear answer. In absence of one of these RGFs or RGF-receptors the parasitic plant could still develop haustoria. Although at a slightly lower frequency.

This suggests that the different RGFs and RGF-receptors can take over each other’s function. To confirm to the researchers tried to develop parasitic plants in which lacked multiple RGFs or RGF-receptors. Unfortunately, these did not survive. So further research is needed.

Literature

Maxwell R. Fishman et al., (2025) Neofunctionalized RGF pathways drive haustorial organogenesis in parasitic plants.Sci. Adv.11, eadw3965. https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adw3965

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

Parasiterende orgaan formatie

Parasiterende orgaan formatie

Parasiterende planten hebben een andere plant nodig om te overleven. Met een speciaal orgaan, genaamd het haustorium, hechten ze aan de gastheerplant en wurmen zich een weg naar binnen, naar de vaatbundels. Daar tappen ze de voedingstoffen af die ze nodig hebben.

Zaden van parasiterende planten ontkiemen vaak alleen bij ontvangst van signalen die aangeven dat er een gastheerplant aanwezig is. Ontvangen de ontkiemde parasiterende planten vervolgens een volgend signaal, een zo genaamd haustorium induceer factor, dan gaan ze een haustorium ontwikkelen.

Maar over de regulatie van haustorium ontwikkeling is nog niet zo veel bekend. Na waarneming van een haustorium induceer factor verstuurt de cel een calcium signaaltje. Dit leidt er uiteindelijk toe dat er een lokaal auxine maximum ontstaat wat de vorming van een haustorium stimuleert. Maar wat ervoor zorgt dat de auxine biosynthese genen aangaan is nog onbekend.

Nu laten Japanse onderzoekers zien in “Neofunctionalized RGF pathways drive haustorial organogenesis in parasitic plants” dat peptide groeifactoren hier een rol in hebben.

Signaal moleculen

In de Japanse studie bestudeerde de onderzoekers de ontwikkeling van haustoria van de parasiterende plant: Phtheirospermum japonicum. Ze waren vooral geïnteresseerd in signaal moleculen die na waarneming van een haustorium induceer factor actief werden. Vooral keken de onderzoekers naar mogelijke peptide signaal moleculen.

Zo ontdekte de onderzoekers dat de wortel meristeem groeifactor RGF1, 2, en 5 meer aanwezig waren na blootstelling van de wortels aan een haustorium induceer factor. Vervolgens gingen de onderzoekers na of RGF1, 2, of 5 de auxine biosynthese kon activeren. Dit bleek het geval te zijn.

Nu wilde de onderzoekers weten waar in de wortel RGF1, 2, en 5 zich bevinden. Door de een fluorescent eiwit te koppelen aan RGF1, 2, en 5 konden de onderzoekers na gaan waar deze zich ophoopte. Onder normale omstandigheden bleek RGF1 zich overal in de wortel aanwezig, RGF2 juist niet, en RFG5 alleen in specifieke cellen. Dit veranderde na blootstelling aan een haustorium indiceer factor, daarna hoopte RGF2 en RGF5 zich in grote getalen op in de ontwikkelende haustorium. De locatie van RGF1 veranderde niet.

RGFs waarnemen

De volgende vraag die de onderzoekers hadden was welke receptoren nemen de RGFs waar, omdat RGFs op zichzelf geen genen kunnen activeren. Daarvoor bestudeerde de onderzoekers RGF-receptoren. Als eerste gingen de onderzoekers na welke RGF-receptoren actief waren in de ontwikkelende haustorium. Dit bleken RGF-receptor1, 2, 3, 4, en 5 te zijn. Vervolgens bestudeerde de onderzoekers welke van die RGF-receptoren RGF2 of RGF5 binden. Voor RGF2 bleek dit RGF-receptor1, 3, en 4 te zijn, terwijl RGF5 alleen aan RGF-receptor3, en 4 bond.

De ultieme test om te bevestigen of de ontdekte RGFs en de bijbehorende receptoren inderdaad de ontwikkeling van haustoria regelen is of haustoria ook in afwezigheid van deze groeifactoren en receptoren zich kunnen ontwikkelen. Hiervoor ontwikkelde de onderzoekers planten waarin een van deze groeifactoren of receptoren afwezig was. Tot de teleurstelling van de onderzoekers gaf dit geen duidelijk antwoord. In afwezigheid van een van de RGFs of RGF-receptor lukt het nog steeds of haustoria te ontwikkelen. Al gebeurde dit iets minder vaak.

Dit suggereert dat de verschillende RGFs en RGF-receptoren elkaars functie kunnen overnemen. Om dit te bewijzen probeerde de onderzoekers parasiterende planten te ontwikkelen waar meerdere RGFs of RGF-receptoren afwezig waren. Die overleefde het helaas niet. Meer onderzoek is dus nodig om dit verder op te helderen.

Literatuur

Maxwell R. Fishman et al., (2025) Neofunctionalized RGF pathways drive haustorial organogenesis in parasitic plants.Sci. Adv.11, eadw3965. https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adw3965

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.