Delayed circadian clock in lettuce

Delayed circadian clock in lettuce

A grey snail with a green shell which has a red clock strapped to its back

All organisms have a circadian clock inside them. It helps them synchronise their behaviour to their environment. Think of waking up in the morning and feeling sleepy at night. In plants the circadian clock helps them to start up photosynthesis when it gets light. And it helps with making developmental decisions.

Crop breeders like some of those developmental decisions to be later or earlier. Flowering for example. For leavy vegetables, farmers prefer them to grow as much leaves as possible before they harvest the crop. Which they need to do before the crop flowers, as this will, among other things, make the leaves taste bitter.

Therefore, there is a long-standing selection of leavy crops who flower later in the season. Now a new study “Breeding for delayed bolting decelerated the circadian clock in cultivated lettuce” shows that this has also made the circadian clock run slow.

What makes the clock run slow?

In the study they analysed the circadian rhythm of 234 cultivated and wild lettuce varieties. They found that the wild lettuce varieties had a circadian rhythm just a bit longer than 24 hours. In contrast the circadian rhythm of cultivated lettuce varieties was just a bit longer than 26 hours. With other words the circadian clock of cultivated lettuce took two extra hours to complete a day.

Now the question the researchers wanted to answer: Is this slow clock also the cause of late flowering?  For this the researchers analysed for different flowering traits and the circadian of the different lettuce varieties. They then combined those with the genome data to find out which genome locations were responsible. For each trait different locations stood out. What really amazed the researchers was that among those a single region highly correlated to all traits. This region harboured the gene PHYC.

Shorter protein

PHYC is known to red light photoreceptor. And as such tells the circadian clock about the light quality. When looking at the different PHYC variants in all the analysed lettuce varieties, three PHYC varieties occurred most often. The researchers called them H01, H02, and H03. While H01 and H03 coded for a full-length and fully functional protein, H02 had a mutation that resulted in a shorter protein.

Further analysed showed that all domestic lettuce varieties with a delayed circadian clock had the H02 version of PHYC. In contrast, the domestic lettuce varieties that had a circadian clock that ran closer to 24 hours had the H03 PHYC variant. Wild lettuce mostly had the H01 PHYC variant.

This high predictability, say the researchers, will help breeders with selecting for late flowering lettuce varieties. So that they can grow more and sweeter leaves. Giving farmers larger lettuces to harvest.

Literature

Anton-Sales, C., van den Bergh, E.S., Thérèse-Navarro, A., Severing, E., Moñino-López, D., DiPalma, J., Proveniers, M., McClung, C.R., Jeuken, M. and Bonnema, G. (2025), Breeding for delayed bolting decelerated the circadian clock in cultivated lettuce. New Phytol. https://doi.org/10.1111/nph.70489

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

Vertraagde biologische klok in sla

Vertraagde biologische klok in sla

Alle organismen bevatten een biologische klok. It helpt ze met het synchroniseren van hun gedrag met hun omgeving. Denk aan wakker worden in de ochtend en moe voelen in de avond. In planten helpt de biologische klok met het opstarten van de fotosynthese bij het aanbreken van de dag. En het helpt planten te bepalen wanneer de volgende stap in hun ontwikkeling te zetten.

Gewasveredelaars willen soms dat planten die ontwikkelingsstappen eerder of later zetten. Neem bloeien bijvoorbeeld. Voor bladgroenten willenboeren dat deze zoveel mogelijk bladeren groeien voordat ze het gewas moeten oogsten. Dit moet gebeuren voordat het gewas bloeit, omdat dit onder andere de bladeren een bittere smaak geeft.

Daarom is er een sinds lange tijd een selectie op bladgroeten die later in het seizoen bloeien. Nu laat een nieuwe studie “Breeding for delayed bolting decelerated the circadian clock in cultivated lettuce” zien dat dit ook de biologische klok langzaam doet lopen.

Waardoor loopt de klok langzaam?

In de studie analyseerde de onderzoekers de lengte van de biologische klok van 234 gedomesticeerde en wilde sla varianten. Ze zagen dat de lengte van de biologische klok van wilde sla varianten net iets langer dan 24 uur was. In tegenstelling de lengte van de biologische klok van gedomesticeerde sla varianten was net iets langer dan 26 uur. Met andere woorden, de biologische klok van gedomesticeerde sla deed ongeveer twee uur langer over een dag.

De vraag die de onderzoekers beantwoord wilde hebben was of die langzame klok ook de oorzaak van late bloei was? Om dat te onderzoeken analyseerde de onderzoekers verschillende bloei en biologische klok eigenschappen van de verschillende sla varianten. Deze combineerde de onderzoekers vervolgens met de genoom data om uit te vinden welke genoom locaties verantwoordelijk voor de geanalyseerde eigenschappen waren. Voor elke eigenschap lichte verschillende locaties op. Maar wat de onderzoekers verbaasde was dat een regio voor elke eigenschap steeds weer terugkwam. Deze regio bevatte het gen PHYC.

Korter eiwit

PHYC is een bekende fotoreceptor. In deze hoedanigheid vertelt het de klok hoe het is gesteld met de licht kwaliteit. Toen de onderzoekers de verschillende PHYC varianten in de verschillende sla varianten nader bestudeerden vielen drie varianten op: H01, H02, en H03 genaamd. En terwijl H01 en H03 voor een geheel en werkend eiwit coderen, had H02 een mutatie waardoor het in een korter eiwit resulteerde.

Verder analyse liet zien dat alle gedomesticeerde sla varianten met een tragere biologische klok de H02 verzie van PHYC hadden. In tegenstelling tot de gedomesticeerde sla varianten met een biologische klok die dichter tegen de 24 uur aan zat, die hadden de H03 variant van PHYC. Wilde sla varianten hadden voor het grootste gedeelte de H01 variant van PHYC.

De onderzoekers zeggen dat deze hoge voorspelbaarheid de veredelaars kan helpen met het selecteren voor laatbloeiende sla varianten. Zodat deze meer en zoetere bladeren groeien. Daarmee boeren grotere slakroppen om te oogsten geven.

Literatuur

Anton-Sales, C., van den Bergh, E.S., Thérèse-Navarro, A., Severing, E., Moñino-López, D., DiPalma, J., Proveniers, M., McClung, C.R., Jeuken, M. and Bonnema, G. (2025), Breeding for delayed bolting decelerated the circadian clock in cultivated lettuce. New Phytol. https://doi.org/10.1111/nph.70489

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.

Hijacking flower genes to make galls

Hijacking flower genes to make galls

How Dasineura asteriae manage to produce flower-like galls

You have likely come across them, galls, deformities on leaves or stems. The larvae of various insects induce galls, varying from simple tissue deformities to complex structures. Like the sponge balls described by Phil Gates in his Substack post “Sponge balls are in season”. It was this post that made me sit up when I came across an article titled “Dasineura asteriae Reprograms the Flower Gene Expressions of Vegetative Organs to Create Flower‐Like Gall in Aster scaber”.

While those flower-like galls are maybe not as visually appealing as the sponge-balls out of Phil Gates post, they are impressive. Resembling the in shape to that of water lilies, they are more than simple deformities. And their shape is striking as flowers of the Aster scaber look more like daisies.

Intrigued the researchers liked to find out how the fly Dasineura asteriae pulls off this feat. The researchers started with having a good look at the flower-like gall structure. They noticed that after hatching the larvae of Dasineura asteriae buried themselves vertically in the leaves of the plant.

Not for reproduction

There they first created a little chamber by inducing trichomes, leaf-hairs, that bend over to cover the larvae. Subsequently the researchers observed that within a week a dome like structure had formed. From this the first tepal-like leaves developed. Those leaflets keep developing forming a kind of rosette. Later on, this dome-like structure turns from green to either yellow, pink, red or white. Giving it the appearance of a flower bud.

When dissecting those flower-like structures the researchers noticed that in contrast to real flowers, these structures were missing the reproductive organs. They had no petals, stamen, pollen, or pistil. In their place the researchers found a hollow chamber housing the larvae.

Subsequently, the researchers wanted to know how those structures formed. For this they first sequenced the genome of Aster scaber, looked up the flower producing genes and found out how they were behaving. They noticed that in the developing flower-like galls, the flower developing genes were activated. With the exception of those genes needed to produce the reproductive organs. Those were actively repressed.

Hormonal disbalance

Now the question was what activates those flower genes. For this the researchers looked at the hormone levels in the leaves and flower-like galls. As hormones like auxin and cytokinin are known to steer organ development. They noticed that specific cytokinin varieties were highly abundant, while the other growth hormone, auxin was barely detectable.

Looking closely at the larvae, the researchers observed that they had suspicious high levels of auxin, and barely any cytokinin in them. The researchers suspect that the larvae hold on to the auxin that it consumes while feeding, while it excretes the ingested cytokinin. As such creating a local hormonal disbalance that promotes the formation of flower-like galls.

But if this is the only method in which the Dasineura asteriae larvae promote the production of flower-like galls, or that it steers the gall formation in a more active ways, that is currently unknown.

Literature

Boo, K.-H., Oh, Y.K., Møller, C., Lee, D., Jeon, G.L., Kim, D., Burow, M., Großkinsky, D.K., Kim, J., Ryu, M.Y., Lee, B., Suh, J., Ha, C.M., Roitsch, T., Lim, P.O., Berger, F., Suh, J.-W., Kim, S.-I., Oh, T.R., Cho, S.K., Kim, W., Kim, S., Riu, K.Z. and Yang, S.W. (2025), Dasineura asteriae Reprograms the Flower Gene Expressions of Vegetative Organs to Create Flower-Like Gall in Aster scaber. Plant, Cell & Environment. https://doi.org/10.1111/pce.70127

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

Bloemgenen kapen om gallen te maken

Bloemgenen kapen om gallen te maken

Hoe Dasineura asteriae het voor elkaar krijgt om op bloemen lijkend gallen te produceren.

Grote kans dat je ze weleens voorbij hebt zien komen, gallen, misvormingen op bladeren of takken. Larven van verschillende insecten produceren gallen, variërend van simpele misvormingen tot complexe structuren. Zoals de door Phil Gates omschreven sponsballen in zijn Substack post “Sponge balls are in season”. Het was dit artikel dat me rechtop deed zitten toen ik een paper voorbij zag komen genaamd “Dasineura asteriae Reprograms the Flower Gene Expressions of Vegetative Organs to Create Flower‐Like Gall in Aster scaber”.

En alhoewel deze op bloemen lijkende gallen misschien visueel minder aantrekkelijk zijn dan de sponsballen van Phil Gates, zijn ze niet te min indrukwekkend. Deze op waterlelies lijkende structuren zijn meer dan simpele misvormingen. En hun vorm is des te opvallender wanneer je beseft dat de bloemen van Aster scaber op die van madeliefjes lijken.

Geïntrigeerd besloten de onderzoekers om uit te vinden hoe de vlieg Dasineura asteriae dit voor elkaar krijgt. De onderzoekers begonnen met een gedetailleerde bestudering van de op bloemen lijkende structuur. Ze zagen dat na dat de larven van Dasineura asteriae uit het ei waren gekropen, deze zich verticaal in het blad nestelde.

Niet voor voortplanting

Daar begonnen de larven met het vormen van een klein kamertje door de plant meer trichomen, bladharen, te laten maken, die bogen vervolgens naar elkaar toe om de larven overdekken. Vervolgens zagen de onderzoekers dat binnen een week er een doom structuur vormen op het blad. Hieruit groeide op bladkroon lijkende bladeren. De ontwikkeling van deze bladeren zetten zich voort, en vormde een soort van rozet. Later in de ontwikkeling, kleurde de doom structuur geel, roze, rood, of wit. Wat het op een bloemknop doet lijken.

Terwijl de onderzoekers de op bloemen lijkende structuren bestudeerde viel op dat in contrast met echte bloemen, deze structuren geen voortplantingsorganen hadden. De bloembladeren, meeldraden, pollen, en stamper waren allemaal afwezig. Op hun plek was een holle ruimte waar de larven zich huisde. 

Vervolgens zochten de onderzoekers uit hoe deze structuren tot stand kwamen. Hiervoor brachten de onderzoekers eerst het genoom van Aster scaber in kaart, zochten ze de bloem vormende genen op, en gingen na hoe deze zich gedragen. Ze zagen dat in de op bloemen lijkende gallen de bloem vormende genen actief waren. Met een uitzondering: de genen verantwoordelijk voor de productie van de voortplantingsorganen. Die werden actief onderdrukt.

Hormonaal disbalans

Nu was de vraag, wat activeert de bloem vormende genen. Om hierachter te komen bestudeerde de onderzoekers het niveau van de hormonen in de bladeren en op bloemen lijkende structuren. Hormonen zoals auxine en cytokine beïnvloeden orgaan ontwikkeling. Het viel op dat van een specifieke cytokine variant er veel aanwezig was, terwijl van een ander groeihormoon, auxine, er nauwelijks iets gemeten werd.

Toen de onderzoekers de larven wat meer bestudeerde, viel het hun op dat deze verdachtmakenden hoeveelheden auxine hadden, terwijl cytokine nauwelijks aanwezig was. De onderzoekers vermoeden dat de larven de auxine die ze binnenkrijgen met hun eten vasthouden, terwijl ze de binnengekregen cytokine wel uitstoten. Met als gevolg dat een hormonaal disbalans ontstaat dat de productie van op bloemen lijkende gallen activeert.

Maar of dit de enige manier is waarop de larven van Dasineura asteriae de vorming van op bloemen lijkende gallen sturen, of dat ze dit ook nog op een meer actieve manier doen, dat is op dit moment nog onbekend.

Literatuur

Boo, K.-H., Oh, Y.K., Møller, C., Lee, D., Jeon, G.L., Kim, D., Burow, M., Großkinsky, D.K., Kim, J., Ryu, M.Y., Lee, B., Suh, J., Ha, C.M., Roitsch, T., Lim, P.O., Berger, F., Suh, J.-W., Kim, S.-I., Oh, T.R., Cho, S.K., Kim, W., Kim, S., Riu, K.Z. and Yang, S.W. (2025), Dasineura asteriae Reprograms the Flower Gene Expressions of Vegetative Organs to Create Flower-Like Gall in Aster scaber. Plant, Cell & Environment. https://doi.org/10.1111/pce.70127

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.