Twisting stems and the golden rule

Twisting stems and the golden rule

Most plants orient their leaves around their stem according to the principle of the golden rule. This comes down to that every subsequent leaf is oriented at an angle of about 137.5 degrees compared to its predecessor. In this way the leaves are mostly not overlapping and can the plant use the incoming sunlight optimally.

Surprisingly researchers don’t know how plants are able to stick that well to the golden rule. Of course there are theories, like that hormone distribution in the stem plays a role, but they don’t completely explain it. What doesn’t help is that the golden rule is really robust, there are no mutants that consistently diverge from the golden rule.

Therefore, the researchers of the article ‘PLETHORAs shape Arabidopsis phyllotaxis through modulation of patterning robustness and accelerated inflorescence development’ were happy when it appeared a mutant was diverging. This mutant was missing three PLETHORA (3, 5, and 7) genes. But when the researchers studied this plant once more in slightly different growth conditions, this divergence of the golden rule did not appear to be as strong as previously thought. Still the researchers decided to keep studying it.

Thereby the researchers found that the PLETHORA genes, which encode gene-activators, are needed for the activation of genes that are involved in the production and distribution of the hormones auxin and cytokinin. So far so good. Still the researchers where not completely satisfied.

Swaying stems

Therefore, they searched for a plant that was diverging even more from the golden rule. The researchers found this in a plant in which not only the PLETHORA were missing but also did not have a working auxin distribution protein. This so say the researchers suggest that the PLETHORA genes ensure via auxin distribution for a particular robustness in the growth centres of the plant.

In addition, the researchers noticed that plants without the three PLETHORA genes had a longer stem between two leaves. In addition, they noticed that plants that missed the three PLETHORA genes could be divided into two groups when the researchers set off the divergence angle against the stem length between two leaves. In the group in which the divergence angle was smaller, the stem was twisting clockwise, while in the group in which the divergence angle was larger, the stem was twisting counterclockwise.

To be sure that the longer distance between the leaves and the twisting of the stem was enough to explain the divergence of the golden rule, the researchers putt it all in a model. This was able to simulate the phenotype of the PLETHORA mutant. And when the researchers increased the twisting or the length of the distance between two leaves, then the angle of the simulated leaves was diverging even more. The golden rule is therefore possible due to the twisting of plant stems.

Literature

Kerstens, M., van der Klugt, F., Hofhuis, H., Scheres, B. and Willemsen, V. (2026), PLETHORAs shape Arabidopsis phyllotaxis through modulation of patterning robustness and accelerated inflorescence development. New Phytol, 249: 495-511. https://doi.org/10.1111/nph.70620

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

Draaiende stengels en de goudenregel

Draaiende stengels en de goudenregel

De meeste planten oriënteren hun bladeren rondom hun stengel volgens het principe van de goudenregel. Wat neerkomt dat elk volgend blad op een hoek van ongeveer 137,5 graden staat van z’n voorganger. Op deze manier overlappen bladeren elkaar meestal niet en kan de plant optimaal gebruikmaken van binnenvallend zonlicht.

Verbazingwekkend genoeg weten onderzoekers niet hoe planten zich zo goed aan die goudenregel kunnen houden. Er zijn wel theorieën, zoals dat de hormoon distributie in de stengel een rol speelt, maar helemaal sluitend zijn die ook niet. Wat ook niet meehelpt is dat de goudenregel heel robuust is, er zijn geen mutanten die consequent van de goudenregel afwijken.

Dus waren de onderzoekers van het artikel ‘PLETHORAs shape Arabidopsis phyllotaxis through modulation of patterning robustness and accelerated inflorescence development’ heel blij met een mutant die dat wel bleek te doen. Deze mutant miste drie PLETHORA (3, 5, en 7) genen. Maar toen de onderzoekers dit plantje nog eens goed bestudeerde, onder net wat andere groeiomstandigheden, bleek de afwijking van de goudenregel niet zo sterk als eerst gedacht. Toch besloten de onderzoekers het verder uit te zoeken.

Hierbij vonden de onderzoekers dat de PLETHORA genen, die gen-aanzetters coderen, nodig zijn voor het activeren van genen die een rol spelen bij de productie en distributie van de hormonen auxine en cytokinin. Zo ver zo goed. Toch waren de onderzoekers nog niet helemaal tevreden.

Swingende stengels

Daarom gingen ze op zoek naar een plant die nog meer afwijkt van de goudenregel. Deze vonden de onderzoekers in een plant waarbij niet alleen de PLETHORA genen afwezig waren maar waarbij ook een auxine distributie eiwit niet werkte. Dit zo stellen de onderzoekers, suggereert dat de PLETHORA genen via auxine voor een bepaalde robuustheid in de groeikernen zorgen.

Daarnaast zagen de onderzoekers dat bij planten zonder de drie PLETHORA genen de lengte van de stengel tussen de bladeren langer was. Ook viel het op dat planten die die de drie PLETHORA genen misten in twee groepen opgedeeld konden worden wanneer ze de afwijken de hoek afzette tegen de stengellengte tussen de twee bladeren. Bij de ene groep, waarbij de hoek kleiner was, draaide de stengel met de klok mee. Terwijl bij de andere groep, waarbij de hoek groter was, de stengel tegen de klok in draaide.

Om zeker te weten dat langere afstand tussen de bladeren en het draaien van de stengel genoeg zijn om het afwijken van de goudenregel te verklaren stopte de onderzoekers dit allemaal in een model. Die bleek het fenotype goed te kunnen nabootsen. En vergrote de onderzoeker de draaiing of de lengte tussen de bladeren, dan week de hoek van de nagebootste bladeren meer af. De goudenregel is dus mogelijk door het draaien van planten stengels.

Literatuur

Kerstens, M., van der Klugt, F., Hofhuis, H., Scheres, B. and Willemsen, V. (2026), PLETHORAs shape Arabidopsis phyllotaxis through modulation of patterning robustness and accelerated inflorescence development. New Phytol, 249: 495-511. https://doi.org/10.1111/nph.70620

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.

Season dependent growth pause

Season dependent growth pause

Trees and other perennial plants stop growing each year when it gets colder. A strategy that helps then to survive the cold winter. But how plants are regulating this is not completely known. A group of Swedish and Chinese researchers found this out for poplars.

Poplars stop growing when, in autumn, the days get shorter. At that moment researchers see that there is less of the growth centre maintaining FT2 present in the growth centre. And in absence of FT2 the cells of the growth centre are no longer dividing. Not surprising plants tightly regulate the amount of FT2. One of the positive regulators of FT2 is LAP1, but absence of LAP1 doesn’t give the same result as absence of FT2. Therefore, there needs to be a second regulator.

To find that one, the researchers looked at parallels in the regulation of growth centres of annual plants. There the module of miR172 and AP2 is regulating the activity of the growth centre. The researchers wondered if that was also the case in poplars.

AP2-like activates FT2

The first thing the researchers did was creating poplars that had miR172 that was more, or less active. After shifting these plants to a shorter day length, 8 hours instead of 18 hours, plants in which miR172 was less active stopped later with growing, while plants in which miR172 was more active stopped earlier with growing. Suggesting that miR172 is indeed involved in the regulation of the growth in the growth centres.

miR172 regulates the expression of AP2-like genes, of which there are six in poplars. To investigate the influence of AP2-like genes on the activity of the growth centres, the researchers created plants that produced more, or less AP2-like protein. After shifting these plants to a shorter day length, plants that had more AP2-like protein stopped earlier with growing, while plants with less AP2-like protein grew longer. The opposite from the effect of miR172 and in line with what was expected.

AP2-like protein turned out to accumulate in both the growth centre as in the leaves. In the growth centre AP2-like protein was needed to regulate the activity of the growth centre. The in the leaves present AP2-like protein also regulate gene expression. Inclusive that of FT2. Is AP2-like present in the leaves, then the plant produces FT2, subsequently FT2 travels to the growth centre where it stimulates growth together with AP2-like.

Age influences the amount of AP2-like

AP2-like is thus needed for the production of FT2. But all this is not saying anything why FT2 reduces when the days get shorter. One of the from annual plants known regulators of the miR172/AP2 module is the module miR156/SPL. Together these modules are responsible for keeping track of the age of the plant.

In poplars regulates the module miR156/SPL also the miR172/AP2-like module. Whereby SPL3/5 is activating miR172, which in turn block the expression of AP2-like. In turn does AP2-like block the expression of SPL3/5 while it stimulates the expression of miR156. And miR156 to complete the circle blocks the expression of SPL3/5. But important to know is that in the middle of all this the plant reduces the expression of miR156 when it gets older. Also, it doesn’t appear to be the case that the miR156/SPL3/5 module is behaving differently in short days than in longer days. There is therefore still a missing daylength regulator of FT2 and or AP2-like.

Literature

J. Wang, X. Liao, Z. Wu, S. Sane, S. Han, Q. Chen, X. Shi, X. Dai, M. Klintenäs, O. Nilsson, & J. Ding, Genetic control of seasonal meristem arrest in trees, Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 122 (48) e2505641122, https://doi.org/10.1073/pnas.2505641122 (2025).

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

Seizoen afhankelijke groei onderbreking

Seizoen afhankelijke groei onderbreking

Bomen en andere meerjarige planten stoppen elk jaar wanneer het kouder wordt met groeien. Een strategie die hun helpt om de koude winter te overleven. Maar hoe planten dat precies reguleren is nog niet helemaal bekend. Een groep van Zweedse en Chinese onderzoekers zocht het uit voor populieren.

Populieren stoppen met groeien wanneer, in de herfst, de dagen korter worden. Op dat moment zien onderzoekers ook dat er minder van de groeikern onderhoudende FT2 in de groeikern aanwezig is. Bij afwezigheid van FT2 delen de cellen van de groeikern niet meer. Het is dan ook niet gek dat de plant de hoeveelheid FT2 strak reguleert. Een van de positieve regulators is LAP1, maar afwezigheid van LAP1 heeft niet hetzelfde resultaat als afwezigheid van FT2. Er moet dus nog een tweede regulator zijn.

Om die te vinden keken de onderzoekers naar parallellen in de regulatie van de groeikeren van eenjarige planten. Daar reguleert de module van miR172 en AP2 de activiteit van de groeikern. De onderzoekers vroegen zich af of dit voor populieren ook zo was.

AP2-like activeert FT2

Het eerste wat de onderzoekers deden was populieren maken waarin miR172 minder of meer actief was. Nadat de onderzoekers deze planten minder dag licht gaven, 8 uur in plaats van 18 uur, stopte planten waar miR172 minder actief in was later met groeien, terwijl planten waarin er meer miR172 aanwezig was juist eerder stopte met groeien. Dit suggereert dat miR172 inderdaad ook betrokken is bij het reguleren van de groei in de groeikernen.

Nu regelt miR172 de expressie van AP2-like genen waarvan er in populieren zes van zijn. Om de invloed van AP2-like genen op de activiteit van de groeikern te onderzoeken maakte de onderzoekers planten die meer of minder AP2-like eiwit hadden. Na het geven van minder dag licht stopte planten met meer AP2-like eiwit de groei eerder, terwijl de planten met minder AP2-like eiwit juist langer doorgroeide. Het tegenover gestelde, van het effect van miR172, en in lijn met wat er verwacht werd.

AP2-like bleek zowel in de groeikern als in de bladeren aanwezig. In de groeikern bleek AP2-like genen die nodig zijn voor een actieve groeikern te reguleren. Ook in bladeren reguleert AP2-like genexpressie. Inclusief dat van FT2. Is AP2-like aanwezig in het blad, dan maakt de plant FT2 aan, vervolgens reist FT2 naar de groeikern waar het samen met AP2-like de groei stimuleert.

Leeftijd beïnvloed hoeveelheid AP2-like

AP2-like is dus nodig voor de productie van FT2. Maar dit alles zegt nog niks over waarom FT2 afneemt wanneer de dagen korter worden. Een van de in eenjarige planten bekende regulatoren van de miR172/AP2 module is de module miR156/SPL. Samen zijn deze modulen verantwoordelijk voor het bijhouden van de leeftijd van de plant.

Ook in populieren bleek de module miR156/SPL de miR172/AP2-like module te reguleren. Waarbij SPL3/5 miR172 activeert, die op zijn beurt de expressie van AP2-like tegenhoud. Vervolgens houdt AP2-like de expressie van SPL3/5 tegen terwijl het de expressie van miR156 juist stimuleert, miR156 om de cirkel compleet te maken houdt op z’n beurt weer de expressie van SPL3/5 tegen. Maar belangrijker te midden van dit alles is om te onthouden dat naarmate de plant ouder wordt het ook de expressie van miR156 meer dempt, en het er niet op lijkt dat de miR156/SPL3/5 module zich tijdens kortere dagen anders gedraagt dan onder langere dagen. Er ontbreekt dus nog steeds een daglengte regulator van FT2 en of AP2-like.

Literatuur

J. Wang, X. Liao, Z. Wu, S. Sane, S. Han, Q. Chen, X. Shi, X. Dai, M. Klintenäs, O. Nilsson, & J. Ding, Genetic control of seasonal meristem arrest in trees, Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 122 (48) e2505641122, https://doi.org/10.1073/pnas.2505641122 (2025).

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.