How plants make aspirin

How plants make aspirin

When I started working with willow mid 2013, I was surprised that it was still unknown how plants make salicylic acid, a.k.a. the precursor of aspirin. Tea of willow bark, amongst others, is used for centuries before in 1828 the German scientist Johann Buchner extracted a willow-derived compound called salicin, which later came on the market as aspirin.

In 2001 the starting point of the pathway for salicylic acid production in the model plant Arabidopsis was found. But this turned out to be brassica specific. Now not one but three research groups out of China, with some collaboration with US and Canadian researchers, found out how the rest of the plants make salicylic acid.

Salicylic acid is not only a precursor to aspirin, but also an important signalling molecule involved in plant immunity. It functions like a manager or regulator activating and steering the immune response when there is an infection. Knowing how salicylic acid is made therefore can help breeders to develop plants that are better protected against pathogens.

So how did the researchers discover the pathways? Each of the three groups used a different approach. Two of them worked out the production of salicylic acid in rice, which has even under non-infected conditions high levels of the stuff. The third group used Nicotiana benthamiana as a model to figure out the pathway. I can’t go into details of how the third group elucidated the pathway, as their article is behind a paywall. But here they are for the other two.

Approach #1

The tactic if the first group was to find out which genes showed a co-expression profile with one of the genes early in the pathway known to ultimately lead to salicylic acid production. They identified the subsequent genes based on the predicted enzymatic function they needed to perform. Followed by checking if the enzyme produced by the gene indeed worked as expected.

The main hurdle in this process, was the earlier suggestion that benzoic acid is direct precursor of salicylic acid. On paper this is not too far-fetched. The only difference between the two molecules is a hydroxy (-OH) group that salicylic acid has attached to it ring. But the actual pathway did not appear to be that simple.

To find out if the synthesis route goes via benzoic acid the researchers analysed the levels of benzoic acid and salicylic acid. They did this for each of the different mutants that are defect in the early steps of the pathway. In addition, using those same mutants, the researchers did a feeding study to see if intermediate products could restore salicylic acid and benzoic acid levels. Finding that while salicylic acid levels could be restored in the mutants using the feeding approach, those of benzoic acid could not.

Approach #2

The approach of the second group nicely complements that of the first group. They identified mutant plants that did no longer produce salicylic acid. Subsequently they identified the genes responsible for the mutation. Followed by the confirmation of the function of the identified enzymes.

Like the first group this group assumed that benzoic acid was a precursor of salicylic acid. They tested for that with the enzymes identified in the mutant screen. And like the first group they found that actually, the pathway is slightly different.

After having found the enzymes responsible for the different steps of the pathway, both groups checked their presence in other plants. Finding that all of the discovered enzymes are present in most of the plants with exception of the brassicas, to which Arabidopsis belongs.

With the unravelling of this pathway, salicylic acid for aspirin can now be produced in a biological way. But more importantly, it also gives breeders a starting point in developing plants that are more broadly protected against pathogens.

Literature

Wang, Y., Song, S., Zhang, W. et al. Deciphering phenylalanine-derived salicylic acid biosynthesis in plants. Nature (2025). https://doi.org/10.1038/s41586-025-09280-9

Zhu, B., Zhang, Y., Gao, R. et al. Complete biosynthesis of salicylic acid from phenylalanine in plants. Nature (2025). https://doi.org/10.1038/s41586-025-09175-9

Liu, Y., Xu, L., Wu, M. et al. Three-step biosynthesis of salicylic acid from benzoyl-CoA in plants. Nature (2025). https://doi.org/10.1038/s41586-025-09185-7

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

Hoe planten aspirine maken

Hoe planten aspirine maken

Ik was verrast, toen ik halverwege 2013 aan wilgen begon te werken, dat het nog steeds onbekend was hoe planten salicylzuur, de voorloper van aspirine, maken. Thee van wilgenbast werd al eeuwenlang gebruikt toen in 1828 de Duitse onderzoeker Johann Buchner salicin, een stof die later op de markt kwam als aspirine, uit wilgen zuiverde.

In 2001 vonden onderzoekers het beginpunt van de biosynthese van salicylzuur in de model plant Arabidopsis. Maar later bleek dat dit alleen voor planten van het genus brassica gold. Nu hebben niet een maar drie groepen uit China, in samenwerking met Amerikaanse en Canadese onderzoekers, gevonden hoe de rest van de planten salicylzuur maken.

 Salicylzuur is niet alleen een uitgansstof voor aspirine, maar ook een belangrijk signaal molecuul voor de immuniteit van planten. It functioneert als een manager of regelaar tijdens een infectie en stuurt de immuunreactie aan. Voor het ontwikkelen van planten die beter tegen ziektekiemen beschermd zijn, helpt daarom om te weten hoe de plant salicylzuur maakt.

Zo hoe hebben de onderzoekers ontdekt hoe de plant salicylzuur maakt? Elk van de drie groepen gebruikte een andere aanpak. De eerste twee ontrafelde het proces in rijst, dat zelfs onder niet-geïnfecteerde omstandigheden grote hoeveelheden salicylzuur aanmaakt. De derde groep gebruikte Nicotiana benthamiana als een model om het proces te ontrafelen. Ik kan helaas op de derde groep verder niet ingaan omdat het artikel achter een betaalmuur staat. Maar hier hieronder de tactieken van de andere twee groepen.

Aanpak#1

De tactiek van de eerste groep was om na te gaan welke genen hetzelfde expressie profiel vertoonde als een van de genen vroeg in het proces. Ze pikte vervolgens de genen eruit die naast het expressie profiel ook overeenkwamen met het type enzymen die nodig waren voor de productie. Dit volgde de onderzoekers op door na te gaan of de enzymen waar de genen voor codeerde ook daadwerkelijk de reacties deden.

Het voornamelijkste obstakel was de eerder gedane suggestie dat benzoëzuur een uitgangsstof van salicylzuur is. Op papier is dat eigenlijk best logisch. Het enige verschil tussen de twee is een hydroxy (-OH) groep dat salicylzuur aan z’n ring heeft zitten. Maar voor het eigenlijke proces bleek dat te simpel.

Om uit te vinden of de biosynthese via benzoëzuur verloopt analyseerde de onderzoekers hoeveel salicylzuur en benzoëzuur er aanwezig was. Hiervoor gebruikte ze verschillende mutanten die een van de vroege stappen in het proces niet deden. Daarnaast, gebruikmakend van dezelfde mutanten, deden de onderzoekers een voedingsstudie om te kijken of tussenproducten het niveau van salicylzuur en benzoëzuur kon herstellen. Daarbij vonden de onderzoekers dat alhoewel met de voedingsaanpak het salicylzuur niveau herstelt kon worden in de mutanten, dit niet het geval was voor het niveau van benzoëzuur.

Aanpak #2

De aanpak van de tweede groep complementeert die van de eerste groep. De tweede groep identificeerde mutanten die geen salicylzuur maakten. Waarna de onderzoekers de gemuteerde genen identificeerde. Opgevolgd door een bevestiging van de functie van de door de genen geproduceerde enzymen.

Net als de eerste groep gingen ze er in eerste instantie van uit dat benzoëzuur een uitgangsstof van salicylzuur was. Ze testte of de enzymen geïdentificeerd met behulp van de mutanten salicylzuur uit benzoëzuur kon maken, wat niet het geval bleek te zijn. De biosynthese verliep net even anders.

Nadat de onderzoekers de enzymen voor de verschillende stappen van salicylzuur biosynthese gevonden hadden, gingen beide groepen na of deze ook in andere planten aanwezig waren. Ze vonden dat alle gevonden enzymen ook in ander planten aanwezig waren, met uitzondering de brassica’s, waartoe ook Arabisopsis behoord.

Met het ontrafelen van het biosynthese proces is het mogelijk om salicylzuur voor aspirine op biologische wijze te produceren. Maar het geeft vooral veredelaars een startpunt om planten te ontwikkelen met een bredere bescherming tegen ziektekiemen.

Literatuur

Wang, Y., Song, S., Zhang, W. et al. Deciphering phenylalanine-derived salicylic acid biosynthesis in plants. Nature (2025). https://doi.org/10.1038/s41586-025-09280-9

Zhu, B., Zhang, Y., Gao, R. et al. Complete biosynthesis of salicylic acid from phenylalanine in plants. Nature (2025). https://doi.org/10.1038/s41586-025-09175-9

Liu, Y., Xu, L., Wu, M. et al. Three-step biosynthesis of salicylic acid from benzoyl-CoA in plants. Nature (2025). https://doi.org/10.1038/s41586-025-09185-7

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.

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.