Who killed the bullseye?


Who killed the bullseye?

Flowers are fascinating part of plants. Where the rest of the plant is dressed stylish green, flowers are more abundant in their style choice. With lots of colours and guises. Raising the question: how do they manage this?

In the recent publication ‘The genetic basis of replicated bullseye pattern reduction across the Hibiscus trionum complex’ this is precisely what the researchers led by Edwige Moyroud try to find out for the bullseye pattern in the flower-of-an-hour flowers.

Those flowers like the name suggests are only flowering for a few hours. But what is making this group of flowers so interesting is that their bullseyes are of different sizes and colours. To use this the group of Moyroud first analysed how the different flower-of-an-hour flowers are related to each other. They did this by reading the DNA of 11 related species. Subsequently they compared each of the 11 species with each other. This resulted in a phylogenetic tree visualizing the relatedness.

Subsequently the researchers studied the flowers of the 11 species. The analysed the pigments in the bullseye, but also the form and texture of the cells. Together with the information of the phylogenetic tree the researchers concluded that pigmentation was regulated separately from cell shape and texture.

Smaller bullseye

In addition, the researchers noticed that two extremes in bullseye pattern were closely related. In Hibiscus trionum CUBG the bullseye took up 15% of the petal space, while in H. richardsonii the bullseye covered only 3% of the petal. Resulting in the question: which gene or genes are responsible for the small bullseye in H. richardsonii?

The first step that the researchers took to solve this  was analysing the effect of crossing those two species. The prodigy appeared to look similar to H. trionum, but not completely. The next generation segeregated in three groups, in the first group the flowers looked like those of H. trionum, in the second group they looked like those of H. richardsonii, and in the third group looked just like the first generation to be somewhat in between. This, so say the researchers, suggests that a single gene is responsible for the bullseye size difference between H. trionum and H. richardsonii.

Subsequently the researchers looked at the first suspects: the pigment biosynthesis genes. Early in the petal development the gene for pigmentation was active in H. trionum, but only at the petal base. But now the researchers found something strange, when the researchers turned on the gene for pigmentation in the whole plant the plant did not get dark flowers. There was still a bullseye visible, but the rest of the petals were now pink-purple instead of white. But what really surprised the researchers that in half of the plants in which the pigmentation gene should be turned on, it wasn’t. Those flowers did not have any pigmentation at all. This, so explain the researchers, is showing that there is a regulating factor that turns of the gene.

New suspects

To find this regulating factor the researchers analysed which gen regulators were active in the different petal regio’s. Three got their attention. Two of those, BERRY1 and 2, were exclusively active in the petal base, while in contrast the third, CREAM1, was only active in the petal tip.

To figure out the effect of BERRY1 and CREAM1, the researchers developed plants in which BERRY1 or CREAM1 were always active. The flowers with the always active BERRY1 had pink petals instead of white, but with a just as noticeable bullseye. In plants with extra CREAM1 in contrasts, the bullseye was a few shades lighter but not absent.

Subsequently the researchers studied the effect of BERRY1 and CREAM1 on the pigment biosynthesis genes. Looking at how strongly the genes were active with extra BERRY1 or CREAM1. In petal tips of plants with extra BERRY1 more pigmentation genes were active. While in the petal base of plants with extra CREAM1 those genes were less active than normally. This, the researchers say, suggests that BERRY1 regulates the pigment biosynthesis genes, while CREAM1 (indirectly) inhibits those.

Lastly the researchers analysed if BERRY1 or CREAM1 were responsible for the smaller bullseye in H. richardsonii. For this they studied the difference in gene sequence between the genes from H. trionum and H. richardsonii. The gene for CREAM1 resulted in both species in the same protein. For BERRY1 however, the researchers found differences. One of those was responsible for a shorter inactive protein in H. richardsonii.

The culprit

To prove that BERRY1 was indeed responsible for the smaller bullseye the researchers determined the BERRY1 variant the prodigy of the crosses between H. trionum and H. richardsonii. Plants with flowers that look like those of H. trionum had two versions of the H. trionum BERRY1 variant. While plants with flowers that looked like those of H. richardsonii had two versions of the H. richardsonii BERRY1 variant. And the hybrid? I hear you think, those had one of each.

Interestingly this study once again proves that the most variation between flowers are due to loss of fuction. Remember those 11 flower-of-an-hour variants? In between those there were also five closely related variants with either red or yellow bullseyes. The group of Moyroud analysed BERRY1 in those variants as well. It turned out that variants with a red bullseye had a working BERRY1 variant, while the BERRY1 variant of those with a yellow bullseye was turned off. BERRY1 therefore regulates the size of the bullseye.

Literature

Yeo, M.T.S., Fairnie, A.L.M., Travaglia, V., Walker, J.F., Riglet, L., Zeyrek, S. and Moyroud, E. (2025), The genetic basis of replicated bullseye pattern reduction across the Hibiscus trionum complex. New Phytol, 247: 863-883. https://doi.org/10.1111/nph.70168


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

Wie vermoorde de bullseye?


Wie vermoorde de bullseye?

Bloemen zijn een fascinerend onderdeel van planten. Waar de rest van de plant is stijlvol groen pakken bloemen uit. Met tig kleuren en gedaantes. Dat roept de vraag op: hoe krijgen ze dat voor elkaar?

In de recente publicatie ‘The genetic basis of replicated bullseye pattern reduction across the Hibiscus trionum complex’ is dat precies wat onderzoekers onder leiding van Edwige Moyroud proberen uit te zoeken voor het bullseye patroon in drie-urenbloemen.

Deze bloemen bloeien zoals de naam suggereert maar een paar uur. Maar wat deze groep bloemen voor wetenschappers zo interessant maakt is dat hun bullseyes verschillende grote en kleuren aannemen. Om hier gebruik van te maken gingen de groep van Moyroud eerst na hoe de verschillende soorten drie-urenbloemen aan elkaar verwant zijn. Dit deden ze door het DNA van 11 verwante soorten uit te lezen. Om daarna na te gaan hoe veel elk van de 11 soorten op elkaar leken. Dit resulteerde in een stamboom die de verwantschap visualiseerde.

Vervolgens bestudeerde de onderzoekers de bloemen van elk van de elf soorten. Ze keken naar de pigmenten van de bullseye, maar ook naar de vorm en de textuur van de cellen. Samen met de informatie uit de stamboom concludeerde de onderzoekers dat de regulatie van de hoeveelheid pigment los gereguleerd is van de vorm en textuur van de bloemblad cellen.

Kleinere bullseye

Wat ook op viel was dat twee extremen in bullseye patroon nauw verwant waren. In Hibiscus trionum CUBG  nam de bullseye 15% van de bloembladeren in terwijl in H. richardsonii de bullseye maar 5 % van het bloemblad in nam. Dit leidde tot de vraag: welk gen of genen zijn verantwoordelijk voor de kleine bullseye in H. richardsonii?

De eerste stap die de onderzoekers namen om dit op te lossen was het analyseren van het effect van het kruisen van deze twee soorten. De nakomelingen van de kruising leken het meest op H. trionum, maar net niet helemaal. De generatie daarna segregeerde in drie groepen, de eerste had bloemen zoals H. trionum, de tweede bloemen zoals H. richardsonii, en de derde groep zat er net als de eerste generatie tussenin. Dit, zo zeggen de onderzoekers, suggereert dat een enkel gen verantwoordelijk is voor het verschil in bullseye grote tussen H. trionum en H. richardsonii.

Hierna keken de onderzoekers naar de eerste verdachten: de pigment biosynthese genen. Al vroeg in de ontwikkeling van de bloemblaadjes bleek het gen voor de pigment biosynthese in H. trionum actief te zijn, maar alleen in de bladbasis. Maar nu kwam iets geks, toen de onderzoekers het gen voor de pigment biosynthese in de hele plant aanzette, was het niet zo dat deze hele donkere bloemen kregen. Er was nog steeds een bullseye zichtbaar, maar de rest van de bloemblaadjes waren nu paars-roze in plaats van wit. Maar wat de onderzoekers echt verbaasde was dat in ongeveer de helft van de planten waarvan verondersteld kon worden dat het pigment biosynthese gen de hele tijd aanstaat dit niet het geval was. Daar was dan ook al het pigment in de bloemen verdwenen. Dit, zo stellen de onderzoekers, geeft aan dat er een regulerende factor aanwezig is die het gen heeft uitgezet.

Nieuwe verdachten

Om deze regulerende factor op te sporen gingen de onderzoekers na welke gen regulators aanwezig waren in de verschillende regio’s van bloembladeren. Drie trokken de aandacht van de onderzoekers. Twee, BERRY1 en 2, waren uitsluitend in de bladbasis aanwezig, in tegenstelling tot de derde, CREAM1, die uitsluitend in de tip van de bloembladeren aanwezig was.

Om het effect van BERRY1 en CREAM1 uit te zoeken ontwikkelde de onderzoekers planten waarin BERRY1 of CREAM1 altijd aanwezig waren. De bloemen van planten met altijd aanstaande BERRY1 hadden roze bloemblaadjes in plaats van witte, met een net zo opvallende bullseye. In planten met extra CREAM1 daar en tegen was de bullseye iets lichter van kleur maar niet geheel afwezig.

Vervolgens bestudeerde de onderzoekers het effect van BERRY1 en CREAM1 op de pigment biosynthese. Hiervoor keken ze hoe sterk de biosynthese genen aanstonden in de planten met extra BERRY1 of CREAM1. In planten met extra BERRY1 stond in de tip van het bloemblad het pigment biosynthese meer aan, terwijl in de bladbasis CREAM1 minder aanstond dan normaal. Dit, zo zeggen de onderzoekers, suggereert dat BERRY1 de pigment biosynthese genen aanstuurt, terwijl CREAM1 deze (indirect) afremt.

Als laatste gingen de onderzoekers na of BERRY1 of CREAM1 ook verantwoordelijk zijn voor de kleine bullseye in H. richardsonii. Hiervoor bestudeerde de onderzoekers de verschillen in gen sequentie van de genen van H. trionum en H. richardsonii. Het gen voor CREAM1 resulteerde in beide soorten in hetzelfde eiwit. Bij BERRY1 troffen de onderzoekers wel verschillen aan. Een daarvan resulteerde in een korter, inactief eiwit in H. richardsonii.

De schuldige

Om te bewijzen dat BERRY1 inderdaad verantwoordelijk was voor de kleine bullseye bestudeerde de onderzoekers welke BERRY1 variant de nakomelingen van de kruisingen tussen H. trionum en H. richardsonii hadden. Planten met bloemen die op die van H. trionum leken hadden twee versies van het H. trionum BERRY1 gen. Terwijl planten met bloemen die op die van H. richrdsonii leken twee versie van het H. richardsonii BERRY1 gen hadden. En de hybrid hoor ik je denken, die had van elke BERRY1 variant er een.

Het interessante aan deze studie is dat deze maar weer eens bewijst dat de meeste variatie tussen bloemen een gevolg zijn van functieverlies. Herinner je nog de 11 verschillend varianten van de drie-urenbloemen? Daar zaten ook vijf erg aan elkaar verwanten tussen met een rode of gele bullseye. De groep van Moyroud ging na wat het BERRY1 gen in deze varianten deed. Wat bleek, alleen de varianten met een rode bullseye had een werkende BERRY1 gen, in de varianten met een gele bullseye stond het BERRY1 gen uit. BERRY1 reguleert dus de grote van de bullseye.

Literatuur

Yeo, M.T.S., Fairnie, A.L.M., Travaglia, V., Walker, J.F., Riglet, L., Zeyrek, S. and Moyroud, E. (2025), The genetic basis of replicated bullseye pattern reduction across the Hibiscus trionum complex. New Phytol, 247: 863-883. https://doi.org/10.1111/nph.70168


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.

Protection against damage


Protection against damage

DNA-damages occur on a regular basis. Now a new study from Chinese researchers in Science Advances shows that the stress hormone ABA stimulates plants to find DNA breaks.

Organisms do everything to prevent damage to their DNA, or otherwise to repair this as soon as possible. When this fails it orders the cell to die, to prevent mistakes from accumulating. At the same time researchers use DNA damage to introduce new traits. To do this more efficiently it helps to know how an organism deals with DNA damage.

There were suggestions that the stress hormone ABA could be involved in making plants more tolerant to DNA damage. The researchers decided to investigate this. The first thing they did was looking at cell death after exposure to DNA damaging substances. They noticed that when they gave the plants extra ABA during the exposure, less cells would die.

But how does ABA manage this? To answer this question the researchers studied the effect of a protein regulator, SnRK2. SnRK2 regulates proteins in name of ABA. When SnRK2 was absent at the time the researchers exposed the plant to DNA-damaging substances, then just as many cells died in the presence of ABA as in the absence of ABA.


ABA tells via SnRK2 and CLC2 the DNA-break searcher ADA2b to be extra alert


To find out which protein it was that SnRK2 is regulating in this case, the researchers used SnRK2 as bait. In this way the researchers found out that the protein CLC2 binds to SnRK2. Subsequently the researchers zoomed in at what happens inside the cell with those proteins after exposure of DNA damaging substances. Under normal circumstances CLC2 is localised at membranes in the cell. But after exposure of DNA damaging substances CLC2 is relocated to the nucleus. But only when SnRK2 can tell CLC2 that it is time to move to the nucleus.

The question that remained was what does CLC2 in the nucleus to prevent DNA damage? To find out the researchers checked with which proteins CLC2 is interacting. This turned out to be ADA2b, a protein of which it is known that it helps with the localization of DNA double strand breaks, so the plant can repair those. In plants without CLC2 or SnRK2 ADA2b has trouble finding the double strand breaks.

The researchers have not yet found out how exactly CLC2 helps ADA2b with finding double strand breaks. But clear is that ABA helps with finding those breaks. This can help the researchers with heling plants to better withstand mutagenesis treatments. And maybe also help with making gene editing more effective.

Literature

Jieming Jiang et al., Abscisic acid enhances DNA damage response through the nuclear shuttling of clathrin light chain 2 in plant cells.Sci. Adv.11, eadt2842 (2025). DOI: 10.1126/sciadv.adt2842


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

Bescherming tegen breuken


Bescherming tegen breuken

DNA-beschadigingen vinden om de haverklap plaats. Nieuw onderzoek van Chinese onderzoekers in Science Advances laat zien dat ABA, een stress hormoon, planten stimuleert om DNA-breuken op te sporen.

Organismen doen er alles aan om beschadigingen aan hun DNA te voorkomen en anders zo snel mogelijk te repareren. Lukt dat niet dan bevelen ze de cel om te sterven, zodat fouten niet doorgegeven worden. Tegelijkertijd gebruiken onderzoekers DNA-beschadigingen om nieuwe eigenschappen in een organisme te krijgen. Om dit efficiënter te doen helpt het om te weten hoe organismen met DNA-schade omgaan.

Er waren suggesties dat het stress hormoon ABA in planten ook wel eens betrokken kon zijn bij het beter bestand zijn tegen DNA-beschadiging. De onderzoekers besloten dit verder uit te pluizen. Als eerste keken de onderzoekers naar celdood als gevolg van blootstelling aan DNA-beschadigende stoffen. Het bleek dat wanneer de onderzoekers de planten extra ABA gaven tijdens de blootstelling er minder cellen doodgingen.

Maar regelt ABA dit? Om dat te beantwoorden bestudeerde de onderzoekers het effect van de afwezigheid van eiwitregulator SnRK2. SnRK2 reguleert eiwitten namens ABA. Was SnRK2 afwezig wanneer de onderzoekers de plant aan DNA-beschadigde stoffen blootstelde, dan gingen er net zo veel cellen dood in de aanwezigheid van ABA als in de afwezigheid van ABA.


ABA vertelt via SnRK2 en CLC2 breuken opspoorder ADA2b om extra alert te zijn


Om uit te zoeken welk eiwit SnRK2 in dit geval reguleert gebruikte de onderzoekers SnRK2 als lokaas. Zo ontdekte de onderzoekers dat het eiwit CLC2 aan SnRK2 bindt. Vervolgens zoomde de onderzoekers in op wat er gebeurt in de cel met deze twee eiwitten na blootstelling aan DNA-beschadigende stoffen. Onder normale omstandigheden zit CLC2 bij de membranen in de cel. Maar na blootstelling van DNA-beschadigende stoffen verplaatst CLC2 zich naar de nucleus. Maar alleen als SnRK2 CLC2 kan vertellen dat het tijd is om naar de nucleus te gaan.

De vraag was nu alleen wat doet CLC2 in de nucleus om DNA-beschadigingen te voorkomen? Daarom gingen de onderzoekers na met welke eiwitten CLC2 samenwerkt. Dit bleek ADA2b te zijn, een eiwit waarvan bekend is dat het helpt met het lokaliseren van dubbele DNA-breuken, zodat de plant deze kan repareren. In planten die geen CLC2 of SnRK2 hebben bleek ADA2b meer moeite te hebben met het vinden van de dubbele DNA-breuken.

Hoe precies CLC2 ABA2b helpt met het vinden van dubbele DNA-breuken hebben de onderzoekers nog niet kunnen achterhalen. Maar duidelijk is dat ABA helpt met het vinden van deze breuken. Dit kan onderzoekers helpen om planten beter mutagenese behandelingen te doorstaan. Maar misschien ook wel om gene-editing effectiever te maken.

Literatuur

Jieming Jiang et al., Abscisic acid enhances DNA damage response through the nuclear shuttling of clathrin light chain 2 in plant cells.Sci. Adv.11, eadt2842 (2025). DOI: 10.1126/sciadv.adt2842


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.