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

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

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.

A less penetrable skin


A less penetrable skin

Sap-sucking insects like white flies and aphids are a disaster for plants. With their needle-like mouth do these insects look for the perfect place on the leaf to suck dry. The problem is not so much that these bugs are consuming a little plant sap and nutrients, but more what they give in return. Sap-sucking insects often give the plant viruses or bacteria. Not really the gift plants hope for.

It is therefore not surprising that the plant does everything to make those sap-sucking insects so difficult as possible. They cover their leaves in a minefield. They make sure their leaves taste bad. And they add some toxic compounds, just for good measure. But maybe the easiest and effective way is to make it difficult for the insects to pierce the leaves.

Insects have more trouble to find a good piercing location when plants have a sturdier wax layer on their leaves. That was exactly what a new study of Chinese researchers showed in the paper: “A GDSL lipase confers resistance to piercing-sucking insects in tobacco by strengthening leaf cuticle”.

In this study the researchers analyse hoe the gene CRF increases insect resistance. They zoom on to CRF as this gene is activated in tobacco plants in response to a white fly infestation. The first thing that the researchers did was analysing the effects of the absence of this gene. It appears that white flies on those plants are quicker finding a good spot to pierce the leaf. But that was not the only effect. The insects also lay more eggs on those CRF missing plants. In contrast, insects on plants that made more CRF had more difficulty with finding a good spot to pierce the leaf.

Sturdier wax layer

In first instance the researchers thought that this maybe had something to do with the defence response of the plant. But it turned out that the defence response was just as active in CRF missing plants than in control plants.

The next step of the researchers was to study the wax layer on the leaves. In control plants this layer was nicely equally smooth. But in CRF missing plants the wax layer was more uneven and less smooth. The researchers also treated the plant with toluidine blue, a dye that is taken up by the cells. But only when the dye can reach the cell membrane. In control plants this hardly was the case. But in plants without CRF toluidine blue penetrated the cell. CRF turned out to influence the penetrability of the wax layer.

The last thing the researchers did was to analyse the composition of the wax layer. Thereby it turned out that plants that produce more CRF proteins, have more dioic acid in their wax layer. It appears that the amount of dioic acid is a measure for how easy the insects find a good place to pierce the leaf. But for how exactly CRF is influencing the production of dioic acid, for that more research is needed.

Literature

Chen, N., Xiong, Y.-D., Zou, C., Zhong, Y.-W., Du, H., Chi, Y.-J., Zhao, C., Liu, S.-S. and Wang, X.-W. (2025), A GDSL lipase confers resistance to piercing-sucking insects in tobacco by strengthening leaf cuticle. Plant J, 123: e70440. https://doi.org/10.1111/tpj.70440


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

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 minder doordringbare huid


Een minder doordringbare huid

Sap-zuigende insecten zoals witte vliegen en aphids zijn een ramp voor planten. Met hun op een naald-lijkende mond zoeken deze insecten een goed plekje op het blad om de plant leeg te zuigen. Het probleem is niet zo zeer dat deze beestjes wat plantensap met voedingstoffen tot zich nemen maar wat ze ervoor teruggeven. Sap-zuigende insecten geven de plant vaak virussen en bacteriën. Niet het cadeau waarop de plant zit te wachten.

Het is daarom niet verwonderlijk dat de plant er van alles aan doet om de zap-zuigende insecten het zo moeilijk mogelijk te maken. Zo leggen ze mijnenvelden aan op hun bladeren. Zorgen ze ervoor dat ze vies smaken. Voegen ze nog wat giftige stoffen toe. Maar misschien wel het simpelste wat ze kunnen doen is het moeilijker maken om hun bladeren te prikken.

Insecten hebben meer moeite om een goede prikplek te vinden op planten met een dikkere waslaag op hun bladeren. Dat was ook wat een new onderzoek van Chinese onderzoekers liet zien in het artikel: “A GDSL lipase confers resistance to piercing-sucking insects in tobacco by strengthening leaf cuticle”.

In dit onderzoek gaan de onderzoekers na hoe het gen CRF de insect resistentie verhoogd. Ze zoomen in op CRF omdat dit gen aangaat in tabaksplanten tijdens een witte vliegen plaag. Het eerste wat de onderzoekers doen is kijken wat het effect is wanneer dit gen afwezig is. Witte vliegen vinden op die planten, zo blijkt, sneller een geschikte plek om het blad aan te prikken. Daar bleef het niet bij. De insecten legde ook meer eieren op CRF loze planten. In tegenstelling, insecten op planten die meer CRF-eiwit aanmaakte hadden meer moeite met het vinden van een geschikte prikplek.

Stevigere waslaag

In eerste instantie dachten de onderzoekers dat dit misschien te maken kon hebben met de activatie van het verdedigingsmechanisme van de plant. Maar die bleek net zo actief in CRF-loze planten als in planten die normale hoeveelheden CRF aanmaken.

De volgende stap van de onderzoekers was het bestuderen van de waslaag op de bladeren. In controle planten was deze mooi egaal glad. Maar in CRF-loze planten was deze hobbeliger en minder egaal. Ook behandelde de onderzoekers de bladeren met toluidine blue, een kleurstof die de cellen opnemen. Maar alleen als de kleurstof het celmembraan kan bereiken. In controle planten bleek dit nauwelijks het geval. Maar in planten zonder CRF drong toluidine blue de cel binnen. CRF bleek dus de doordringbaarheid van de waslaag te beïnvloeden.

Het laatste wat de onderzoekers bestudeerde was de samenstelling van de waslaag. Daarbij bleek dat planten die meer CRF eiwitten aanmaakte meer dioïnezuur in hun waslaag hadden. Het lijkt erop dat de hoeveelheid dioïnezuur een maat is voor hoe makkelijk de insecten een goede prikplek kunnen vinden. Maar hoe precies CRF de productie van dioïnezuur beïnvloed, daar is meer onderzoek voor nodig.

Literatuur

Chen, N., Xiong, Y.-D., Zou, C., Zhong, Y.-W., Du, H., Chi, Y.-J., Zhao, C., Liu, S.-S. and Wang, X.-W. (2025), A GDSL lipase confers resistance to piercing-sucking insects in tobacco by strengthening leaf cuticle. Plant J, 123: e70440. https://doi.org/10.1111/tpj.70440


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

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.