Potential for regeneration

Potential for regeneration

Some cells have the potential to be come everything they wish, they are totipotent. Like the zygote, the cell that forms after the melting of the female and male gametes. But from plants it is known that more cell types can develop into totipotent cells. You can see this possibility for example in leaf cells. Under specific circumstances they can develop embryo’s.

For a long time, the question was if all plant cells could develop into embryo’s or that only specific cells can do that. Now a group of international researchers show in their paper “Time-resolved reprogramming of single somatic cells into totipotent states during plant regeneration” that only specific cells have this possibility to develop into embryo’s.

For the study the researchers used an embryo inducing line. These plants develop embryos on their leaves after the researchers activate the gene LEC2. To find out if there are specific cells from which those embryos develop, the researchers zoomed in on the leaf cells. This enabled them to see that the cells from which embryo’s developed, first divided anticlinal. This was followed by one of the daughter cells dividing asymmetrically in three. These three cell subsequently developed into an embryo.

Local auxin maximum

The first question the researchers wanted to answer was how. Which genes and hormones are directing this? To answer that question the researchers studied the presence of the hormone auxin. Using an auxin receptor coupled to a fluorescent protein, the researchers observed that in the cells just before they start to develop towards an embryo, there is a large amount of auxin present.

The researchers also checked what the gen YUC, involved in auxin production, does. After activation of LEC2, this gene for auxin biosynthesis became active. But only in cells that subsequently developed into embryos. The researchers also looked at what happens in plants that do not have any YUC. There the researchers observed that even when LEC2 was active, no embryos developed.

Subsequently the researchers asked which cells have the possibility of becoming totipotent after LEC2 activation. The researchers had noticed that when LEC2 was active and embryos developed at the same time less stomata developed. Therefore, the researchers followed what happens to cells from which stomata develop. For this the researchers coupled marker genes for each of the sub-stages of stomata development to a fluorescent protein.

Stomata  

In this way the researchers noticed that upon activation of LEC2 leaf cells who where early in the development towards stomata reacted to LEC2 and switched to developing embryos. While leaf cells that were further in the process of stomata development just continued on that path.

The researchers also studied what happens when there is more of the early stomata development marker gene SPCH. This, so observed the researchers, resulted not only in more embryo development on the leaves after activation of LEC2, but also on the stem and roots. But only if those plants could produce also auxin to create local auxin gradients.

Lastly the researchers looked at hoe LEC2 together with SPCH is regulating the auxin production. They discovered that LEC2 and SPCH work together. In this LEC2 recognises the activation region of the auxin biosynthesis genes but needs SPCH to actually activate those. In the absence of SPCH LEC2 is even dimming the activity of the auxin biosynthesis genes.

In this way the researchers show that only plant cells that already have a certain amount of totipotency can be tricked into developing embryos. In young leaves this are the cells that are destined to become stomata.

Literature

Tang et al., Time-resolved reprogramming of single somatic cells into totipotent states during plant regeneration, Cell (2025), https://doi.org/10.1016/j.cell.2025.08.031

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

Potentie tot regeneratie

Potentie tot regeneratie

Sommige cellen hebben de mogelijkheid om alles te worden wat ze willen, ze zijn totipotent. Zoals de zygote de cel die ontstaat door het samensmelten van de mannelijke en vrouwelijke gameten. Maar van planten is bekend dat veel meer celsoorten zich tot een totipotente cel kunnen ontwikkelen. Dit is te zien in de mogelijkheden van bijvoorbeeld cellen in bladeren. Daaruit kunnen onder specifieke omstandigheden embryo’s ontwikkelen.

Voor lange tijd was de vraag of uit alle cellen embryo’s kunnen ontwikkelen, of alleen uit specifieke cellen. Nu laten een groep van internationale onderzoekers in het artikel “Time-resolved reprogramming of single somatic cells into totipotent states during plant regeneration” zien dat alleen specifieke cellen de mogelijkheid hebben om zich tot embryo’s te ontwikkelen.

Voor het onderzoek maakte de onderzoekers gebruik van een embryo-inducerende lijnen. Deze planten ontwikkelen embryo’s nadat onderzoekers het gen LEC2 inschakelen. Om erachter te komen of er specifieke cellen zijn waaruit de embryo’s zich ontwikkelen zoomde de onderzoekers in op de bladcellen. Zo zagen de onderzoekers dat de cellen die zich uiteindelijk tot embryo’s ontwikkelde, zich eerst in de breedte deelde, vervolgens deelde een van de twee dochtercellen zich asymmetrisch in drieën. Deze drie cellen ontwikkelen zich vervolgens tot een embryo.

Lokaal auxine maximum

De eerste vraag die de onderzoekers beantwoord wilde hebben was hoe. Welke genen en hormonen sturen dit? Om dit te beantwoorden bestudeerde de onderzoekers de aanwezigheid van het hormoon auxine. Door een auxine receptor gekoppeld aan een fluorescent eiwit te gebruiken, zagen de onderzoekers dat alleen in cellen net voordat die zich tot embryo’s ontwikkelen, er een grotere hoeveelheid auxine aanwezig is.

Ook gingen de onderzoekers na of gen betrokken bij de biosynthese van auxine (YUC) actief was. Activatie van LEC2 zorgde dat het gen voor auxine biosynthese alleen actief werd in cellen die zich vervolgens tot embryo’s ontwikkelde. Ook bestudeerde de onderzoekers wat er gebeurde in planten zonder YUC. Daar zagen ze dat ook al was LEC2 actief, er geen embryo’s groeide.

Vervolgens was de vraag welke cellen hebben de mogelijkheid om door LEC2 activatie totipotent te worden. Het was de onderzoekers opgevallen dat wanneer LEC2 actief was en er embryo’s ontwikkelde, er zich minder huidmondjes ontwikkeld. Daarom volgde de onderzoekers wat er gebeurde na LEC2 activatie met de cellen waaruit zich huidmondjes zich ontwikkelde. Hiervoor koppelde de onderzoekers marker genen voor elk van de tussen fasen aan een fluorescent eiwit.

Huidmondjes

Zo zagen de onderzoeker dat na activatie van LEC2 bladcellen die vroeg in de ontwikkeling tot huidmondje zaten op LEC2 reageerde en zich vervolgens ontwikkelde tot embryo’s. Terwijl bladcellen die al verder in de ontwikkeling tot huidmondjes zaten zich gewoon door ontwikkelde tot huidmondjes.

Ook bestudeerde de onderzoekers wat er gebeurde wanneer er meer van de vroege huidmondjes marker gen SPCH aanwezig was. Dit, zo zagen de onderzoekers zorgde ervoor dat zich niet allen embryo’s ontwikkelde op de bladeren, maar ook op de stengel en wortels. Maar alleen wanneer de plant daar ook auxine kon aanmaken, om een lokaal auxine gradiënt te creëren.

Als laatste gingen de onderzoekers na hoe LEC2 samen met SPCH de auxine biosynthese reguleert. Hierbij ontdekte dat LEC2 en SPCH samenwerken. Hierbij herkent LEC2 de activatie regio van auxine biosynthese genen, maar heeft het SPCH nodig om die ook daadwerkelijk te activeren. Is SPCH afwezig, dan dimt LEC2 zelfs de activiteit van auxine biosynthese genen.

Zo laten de onderzoekers zien dat alleen plantencellen die al een bepaalde mate van totipotentie hebben zich laten verleiden om tot embryo’s te ontwikkelen. In jonge bladeren zijn dit de cellen die voorbestemd zijn om huidmondjes te worden.

Literatuur

Tang et al., Time-resolved reprogramming of single somatic cells into totipotent states during plant regeneration, Cell (2025), https://doi.org/10.1016/j.cell.2025.08.031

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.

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.