Adapting to gravity

Adapting to gravity

We are not conscious about how something so simple as gravity influences our lives. How we look, how we move and how we interact with the world around us. And gravity influences plants just as much. You can clearly see this when you compare water- and land-plants. The first ones feel the influence of gravity less.

That is why plants underwent lots of changes when they emerged onto land 500 million years ago. They not only changed in how they looked like, but their physiology and growth changed as well. Now Japanese researchers show in an article “First contact with greater gravity: Moss plants adapted via enhanced photosynthesis mediated by AP2/ERF transcription factors” that one of those adaptations likely was an increase in photosynthetic activity.

Going back to the situation 500 million years ago is impossible. Therefore, the researchers chose to investigate what happens when they grew the model moss Physcomitrium patens at increased gravity.

Qua appearance mosses growing at ten times the normal gravity,10g, grew less high. Also, in terms of photosynthetic activity there were some changes. There was for example, an increase in CO2 exchange, the leaves had larger chloroplasts and there were more leaves in general.

Moss plants grown at 1g and 10g gravity. Copied from Hanba et al., 2025.

Feeling gravity

The next question was of course which genes are involved in all this. Therefore, the researchers studied the genes that were more active when the mosses grew at 10g. Nine gene-regulating genes stood out. Eight of those belonged to the same gene family, of which it is known they play a role in how plants deal with stress. But those eight were only present in mosses.

Intrigued the researchers proceeded. One of those eight, later called ISSUNBOSHI1, showed the highest activity at increased gravity. To find out more about what this gene does, the researchers studied mosses in which this gene was always on or always off. Was ISSUNBOSHI1 always on, then moss plants growing at normal gravity, 1g, showed similarity with mosses growing at 10g gravity.

But when ISSUNBOSHI1 was always off, then moss plants adapted less when they were grown at 10g gravity. But also, at 1g gravity had those plants lower photosynthetic activity and smaller chloroplasts.

ISSUNBOSHI1 therefore helps moss plants with feeling an increased gravity. But why ISSUNBOSHI1 and similar genes disappeared in most other land plants, that is unclear.

Literature

Yuko T. Hanba et al., First contact with greater gravity: Moss plants adapted via enhanced photosynthesis mediated by AP2/ERF transcription factors. Sci. Adv.11,eado8664(2025). https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.ado8664

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

Aanpassen aan zwaartekracht

Aanpassen aan zwaartekracht

We staan er niet bij stil maar iets simpels als zwaartekracht beïnvloed alles in ons leven. Hoe we eruitzien, hoe we bewegen en met de wereld om ons heen omgaan. Voor planten geldt dat net zo. Dit kan je goed zien in het verschil in uiterlijk van water- en landplanten. Die eerste voelen het effect van zwaartekracht veel minder.

Daarom veranderde planten toen ze 500 miljoen jaar geleden aan land kwamen. Niet alleen van vorm, maar ook hun fysiologie en groei paste ze aan de op land gevoelde zwaartekracht. Nu laten Japanse onderzoekers in een paper genaamd “First contact with greater gravity: Moss plants adapted via enhanced photosynthesis mediated by AP2/ERF transcription factors” zien dat een van die aanpassingen hoogstwaarschijnlijk toegenomen fotosynthese activiteit betrof.

Teruggaan naar de situatie 500 miljoen jaar geleden gaat nu eenmaal niet. Daarom kozen de onderzoekers om te kijken wat er gebeurt als ze het model mos Physcomitrium patens onder verhoogde zwaartekracht groeiden.

Qua uiterlijk groeide mossen groeiend met een tien keer zo’n grote zwaartekracht, 10g, minder hoog. Ook wat betreft fotosynthese activiteit bleek er het een en ander veranderd. Zo was de uitwisseling van CO2 toegenomen, hadden de bladeren grotere bladgroenkorrels, en waren er meer balderen.

This image has an empty alt attribute; its file name is image-2.png
Mosplanten groeiend bij een zwaartekracht van 1g en 10g. Gekopieerd van Hanba et al., 2025.

Zwaartekracht voelen

Natuurlijk was de volgende vraag welke genen spelen hier een rol in? Daarom bestudeerde de onderzoekers genen die actiever waren bij 10g. Het viel op dat slechts 9 gen-regulators extra actief waren. Acht hiervan behoorde tot dezelfde familie waarvan bekend is dat ze een rol spelen in hoe planten omgaan met stress. Maar deze acht genen bleken alleen in mossen aanwezig.

Geïntrigeerd gingen de onderzoekers verder. Een van de acht, die ze later ISSUNBOSHI1 noemde, bleek het actiefst van allemaal bij extra zwaartekracht. Om meer te weten te komen wat dit gen doet, bestudeerde de onderzoekers planten waarbij ISSUNBOSHI1 altijd aan of altijd uitstond. Stond ISSUNBOSHI1 altijd aan dan vertoonde mosplanten groeien onder normale zwaartekracht, 1g, grote gelijkenis met controle mosplanten groeiend met 10g zwaartekracht.

Maar stond ISSUNBOSHI1 uit, dan paste de mosplanten zich minder aan wanneer ze met 10g zwaartekracht groeide. Ook met 1g zwaartekracht hadden deze planten een lagere fotosynthese activiteit en minder grote bladgroenkorrels.

ISSUNBOSHI1 helpt mosplanten dus met het voelen van een verhoogde zwaartekracht. Maar waarom ISSUNBOSHI1 en vergelijkbare genen in de meeste andere landplanten verdwenen zijn, dat is onduidelijk.

Literatuur

Yuko T. Hanba et al., First contact with greater gravity: Moss plants adapted via enhanced photosynthesis mediated by AP2/ERF transcription factors. Sci. Adv.11,eado8664(2025). https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.ado8664

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.

Getting a little salt tolerance

Getting a little salt tolerance

Like I mentioned last week I like it when plants find a way against all odds. It is not just the perseverance and adaption. But also, that we can learn something from how those pioneering plants manage to survive against all odds.

Take for example plants growing in saline conditions. Plants, like all organisms, don’t like to much salt. But if the seed you germinated from was dropped on salty soil, you better learn to deal with it. This is what Spanish and French researchers show in a newly published article “Parallel evolution of salinity tolerance in Arabidopsis thaliana accessions from Cape Verde Islands”.

They set out with the question what strategies do Arabidopsis plants (tale cress) growing on the salty soils of the Cape Verde Islands use. They specifically looked at how the metabolites the Cape Verde Islands plants accumulated differ from those in the standard lab variety of Arabidopsis.

A metabolite for salt tolerance

One unknown metabolite stood out. The researchers named it U2746. And after further characterising it, the researchers concluded that U2746 is most likely an ether-linked glucuronyl-mannose. Arabidopsis plants from the Cape Verde Islands accumulated more of it.

The question was if more U2746 results in a better tolerance to salty soils. To test this, researchers grew Cape Verde Islands Arabidopsis and lab standard Arabidopsis under normal and salty conditions. Under normal conditions the researchers observed no difference in growth between the two Arabidopsis lines.

Growing in salty conditions, not only did the Cape Verde Islands Arabidopsis line germinate better than the lab line, they also had longer roots and where healthier. In other words, the Cape Verde Island Arabidopsis did better under salty conditions that the lab line.

Turned up twice

For breeders to make use of this trait they need to know which gene is responsible. After analysis this turned out to be GH38cv, an α-mannosidase. Plants with a defect GH38cv gene accumulated more U2746.

Zooming in on GH38cv in The Cape Verde Islands Arabidopsis plants the researchers found that there were three versions of GH38cv. One with an active gene. And two versions with an inactive gene, each developed on its own island. Evolution thus came up twice with this handy trick for salt tolerance.

How exactly more U2746 results in salt tolerance the researchers don’t know. Although they have some theories. The first one is that U2746 like other sugary metabolites functions as an osmolyte, thereby increasing the ability of the plant to take up water, and protecting its membranes against damage.

The second option is that because the accumulation of U2746 comes at a cost of less glucuronic acid, a cell wall component, it results in an altered cell wall which might affect salt tolerance. A third option is that U2746 functions as a signalling molecule. But there are no clear indicators for which of the three options are the cause of the salt tolerance. So as always more research is needed.

Literature

Félix J. Martínez Rivas et al., Parallel evolution of salinity tolerance in Arabidopsis thaliana accessions from Cape Verde Islands.Sci. Adv.11,eadq8210(2025). https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adq8210   

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 beetje zout tolerant worden

Een beetje zout tolerant worden

Zoals ik vorige week zei, ik hou ervan dat planten een weg vinden ondanks alles. Het is niet alleen de volharding en aanpassingsvermogen. Maar ook dat in dat we er wat van kunnen leren van hoe deze pionierende planten ondanks alles overleven.

Neem als voorbeeld planten die in een zilte omgeving groeien. Planten, net als alle organismen, houden niet van te veel zout. Maar als je zaad waaruit je ontkiemd bent op een zilte ondergrond terecht kwam, dan heb je niet veel keus. Een van die aanpassingen laten Spaanse en Franse onderzoekers zien in nieuw gepubliceerd onderzoek “Parallel evolution of salinity tolerance in Arabidopsis thaliana accessions from Cape Verde Islands”.

De onderzoekers begonnen met de vraag welke strategieën passen Arabidopsis planten (zandraket) toe die groeien op de zoute gronden van de Kaapverdische eilanden. Hierbij keken de onderzoekers met namen naar een verschil in metabolieten tussen Kaapverdische en standard lab Arabidopsis.

Een metaboliet voor zout tolerantie

Een nog onbekend metaboliet viel op. De onderzoekers noemde dit metaboliet U2746. En na verdere bestudering concludeerde de onderzoekers dat U2746 hoogstwaarschijnlijk een ether-linked glucuronyl-mannose is.

De vraag was of meer U2746resulteerde in een verhoogde tolerantie voor zilte grond. Om dit te testen groeide de onderzoekers Kaapverdische en standaard lab Arabidopsis onder normale en zilte omstandigheden. Onder normale omstandigheden zagen de onderzoekers geen verschil in groei tussen de twee Arabidopsis lijnen.

Maar groeiend in zilte omstandigheden ontkiemde de Kaapverdische Arabidopsis niet alleen beter, ze hadden ook langere wortels en waren gezonder. In andere woorden, de Kaapverdische Arabidopsis lijn deed het onder zilte omstandigheden beter dan de standaard lab Arabidopsis.

Twee keer opgekomen

Om gebruik te maken van deze eigenschap is het voor veredelaars handig om te weten welk gen verantwoordelijk is. Na analyse bleek dit GH38cv te zijn, een α-mannosidase. In planten waarin dit gen niet werkt hoopt meer U2746 op.

Inzoomend op GH38cv van de Kaapverdische Arabidopsis planten ontdekte de onderzoekers dat deze drie versies van het gen konden hebben. Een daarvan was een werkend gen. Bij de twee andere versies werkte het gen niet, en waren elk van een ander eiland afkomstig. Evolutie is dus twee keer op dezelfde truc voor zout tolerantie gekomen.

Hoe precies meer U2746 resulteert in zout tolerantie, dat is nog niet helemaal duidelijk. De onderzoekers hebben drie mogelijke theorieën. De eerste is dat U2746 net als andere suikermetabolieten werkt als een osmolyt, het verhoogt daarmee de mogelijkheid van de plant om water op te nemen, en beschermt membranen tegen beschadiging.

De tweede optie is dat omdat de ophoping van U2746 met de kost van minder glucuronzuur, een onderdeel van de celwand, komt, dit resulteert in een veranderde samenstelling van de celwand en daarmee zout tolerantie verhoogt. De derde optie is dat U2746 een boodschapper is. Maar er is geen duidelijke indicatie welke van deze drie opties de rede is voor de zout tolerantie. Zoals altijd is er meer onderzoek nodig.

Literatuur

Félix J. Martínez Rivas et al., Parallel evolution of salinity tolerance in Arabidopsis thaliana accessions from Cape Verde Islands.Sci. Adv.11,eadq8210(2025). https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adq8210   

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.