Strengthening the walls

Strengthening the walls

Plants, like all organisms don’t like an excess of salt. One of its ways to deal with salt stress is to strengthen their cell walls. FER, a receptor in the cell membrane is one of the key proteins in regulating this. Now a group of Chinese researchers show that key to this is the small molecule phosphatidic acid.

An excess of salts doesn’t only cause havoc inside cells but also cause damage to the cell wall. One of the ways it does this is through the binding of sodium ions to the cell wall. This loosens up the fibres and peptides which made up the cell wall. And one of these peptides, RALF, when it no longer is hold back by the cell wall binds to the FER which subsequently sounds the alarm.

After sounding the salt alarm, the plant gets to work on its cell walls. Not only to repair the damage but also to strengthen it. This is needed as cells placed in a high salt environment lose water as osmosis draws it out of the cell. With out strengthening the cell wall, the cell would collapse. In addition, strengthening the cell wall helps with preventing salt ions from entering the cell.

New interaction partner

Now a fair bit is known about how FER sounds the alarm. But the researchers had a feeling that more was going on. So, they did an assay to find out if FER binds to any other proteins than known so far. Finding that the membrane protein PLDδ interacts with FER. PLDs are proteins that produce phosphatidic acid. And as it turned out PLDδ was not the only PLD FER bound to, it also bound to PLDα1

Plants without both PLDα1 and PLDδ can’t handle to much salt, similar to plants without FER. And when plants miss all three of these proteins their ability to deal with salt stress is even further diminished.

The question now is why do FER and PLD interact. This the researchers found was not because the PLDs needed FER, as they first expected, but rather the other way around. FER needs PLD, or to be more precise FER needs the phosphatidic acid that is produced by PLD. When the researchers blocked PLD from producing any phosphatidic acid FER was quickly removed from the plasma membrane.

Finding the details

And this the researchers found out put the salt response, and subsequent cell wall strengthening in jeopardy. FER is actually needed to stay a bit longer at its place in the plasma membrane. However, that was not the only job of phosphatidic acid. Phosphatidic acid also promoted FER to do its job. One of part of which is to ensure that the proteins needed for strengthening the cell wall reappear at the plasma membrane after the initial salt stress shock.

Knowing that, in order to respond to salt stress FER needs those two PLD proteins, helps plant breeders keeping an eye out for them when looking for salt tolerant plants.

Continuing studying how plants deal with stress after the general mechanisms are known helps to identify all players involved. Only then can plant breeders with precision develop robust plants that respond predictable to stress.

Literature

Wei Jiang et al., Phosphatidic acid–driven plasma membrane localization and activation of FER confer salt tolerance in Arabidopsis.Sci. Adv.12, eaef1336 (2026). https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.aef1336

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

Verstevigen van de wanden

Verstevigen van de wanden

Planten zoals alle organismen houden niet van te veel zout. Een van de manieren van omgaan met zout stress is het verstevigen van hun celwanden. FER een receptor in het celmembraan, is een van de belangrijke eiwitten die dit reguleren. Nu laten een groep Chinese onderzoekers zien dat een klein molecuul fosfatidezuur dit allemaal mogelijk maakt.

Een overdaad aan zout gooit niet alleen binnenin de cel alles overhoop, het zorgt ook voor schade aan de celwand. Zout doet dit doordat natrium ionen aan de celwand binden. Dit zorgt ervoor dat de vezels en peptiden van de celwand losser komen te zitten. Een van die peptiden, RALF, bind vervolgens aan de FER receptor die daarop alarm slaat.

Na geattendeerd te zijn gaat de plant aan het werk aan z’n celwanden. Niet alleen om de schade te repareren maar ook om ze te verstevigen. Dit is nodig omdat cellen in een zoutrijke omgeving water verliezen omdat dit door osmose de cel wordt uitgetrokken. Zonder de celwand te verstevigen zou de cel ineenstorten. Daarnaast helpt het verstevigen van de celwand ook met het buitenhouden van zout zelf.

Nieuwe interactie partner

Nu is er redelijk wat bekend over hoe FER alarm slaat. Maar de onderzoekers hadden het gevoel dat er nog meet te ontdekken was. Daarom deden ze een assay om uit te vinden aan welke andere eiwitten FER bindt. Dit bleek het membraaneiwit PLDδ te zijn. PLDs zijn de eiwitten die fosfatidezuur produceren. En het bleek dat PLDδ niet het enige PLD eiwit was dat aan FER bind, PLDα1 bindt ook aan FER.

Planten zonder PLDα1 en PLDδ kunnen niet veel zout aan, net zoals planten zonder FER. Maar dat valt in het niet bij planten die alle drie deze eiwitten missen, daar is de mogelijkheid om met zout stress om te gaan nog minder.

De vraag was waarom binden FER en PLD aan elkaar. Dit bleek zoals de onderzoekers uitvonden was niet omdat de PLDs FER nodig hadden zoals de onderzoekers eerst dachten, maar eerder andersom. FER heeft PLD nodig, of om op nauwkeuriger te zijn FER heeft de fosfatidezuur die PLDs produceren nodig. Wanneer de onderzoekers PLDs verhinderde om fosfatidezuur te produceren resulteerde dit in dar FER snel van het celmembraan verdween.

Details vinden

En dit, ondervonden de onderzoekers, brengt de reactie op zout en de daaropvolgende versterking van de celwand in het geding. FER heeft het nodig dat het wat langer op z’n plaats in het celmembraan blijft. Al is dat niet de enige taak van fosfatidezuur. Fosfatidezuur is ook nodig om FER te stimuleren om z’n werk te doen. Onderdeel daarvan is het zorgen dat de eiwitten die nodig zijn voor het verstevigen van de celwand terugkeren naar het celmembraan na de initiële zout stress schok.

Dit alles wetende, dat om op zout stress te kunnen reageren FER deze twee PLD eiwitten nodig heeft helpt veredelaars om een op ze te letten wanneer ze op zoek zijn naar zout tolerante planten.

Dit doorgaan met het in kaart brengen met hoe planten omgaan met stress al is het algemene mechanisme bekend helpt om alle spelers bovenwater te krijgen. Alleen dan kunnen veredelaars nauwkeurig en met precisie robuuste planten ontwikkelen die voorspelbaar op stress reageren.

Literatuur

Wei Jiang et al., Phosphatidic acid–driven plasma membrane localization and activation of FER confer salt tolerance in Arabidopsis.Sci. Adv.12, eaef1336 (2026). https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.aef1336

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.

Bending due to gravity

Bending due to gravity

Place a plant on its side and its roots and shoots quickly grow down and up again. The plant sensed that the direction of gravity changed and adjusted its growth accordingly. But how plants regulate this temporary adjustment was not exactly known. Now a group of international researchers show that one part of the answer is the temporarily activating the auxin response factor ARF19.

Plant roots generally grow downwards. But sometimes they have to change direction like when they come across a rock. Then, and on the occasions when researchers turn plants sideways, plants sense a change in gravity. They respond to this new reality, and soon the roots bend and grow downwards again.

Before we can go into how plants manage this, first some basic root growth. Roots grow from growth centres at the tip of the root. From here small compact newly formed cells are added. Also here, there is a maximum of the plant hormone auxin, which from the tip flows back up the root, while gradually decreasing. This last bit is important as high auxin levels stops the newly forming cells from stretching themselves too soon. So when auxin levels are low enough, the cells start to stretch or elongate themselves.

Responding to more auxin

Now when roots perceive a change in gravity, they adjust this auxin flow back up the roots. They do this in such a way that the cells on the side of the root that is lower more auxin moves back up the root than the cells on the opposite side of the root. This results in two things. Firstly, the cells on the lower side of the root no longer stretch themselves. Secondly, the cells on the upper side of the root stretch themselves even more. Together this causes the root to bend.

Now the question that the researchers had was what happens between sensing more auxin and preventing the cells to stretch. A previous study showed that two auxin response factors ARF7 and ARF19 are needed for this. Under normal circumstances the activity of ARFs is repressed by so-called Aux/AAI proteins. Those Aux/AAI proteins get broken down when auxin levels increase, allowing ARFs to do their job of activating genes. In the case of responding to gravity, this would be genes related to the regulation of cell stretching.

Knowing this, you would expect that ARF genes are always active in the cell types they do their job in, so that upon auxin sensing they can directly start. But what the researchers found when looking at ARF gene activity after placing the plant sideways, was that ARF19 gene was actually activated. This activation was corresponding to the increased auxin levels in the lower root cells.

Temporally active

To find out where ARF7 might be needed for, the researchers explored a number of scenarios using a model. The one that matched the best with the observations was the one in which ARF7 activates the ARF19 gene but ARF19 is not activating its own gene. To conform that this is indeed what happens, the researchers looked if ARF7 and ARF19 could bind to the ARF19 promoter regions (this is how they activate genes in general). Finding that ARF7 indeed bound to the ARF19 promoter region, while ARF19 did not.

But then they found one oddity. Although the ARF19 gene requires ARF7 for activation, in absence of ARF7 plants still respond to gravity. So, the researchers did some digging, finding that ARF6 and ARF8 are often involved in auxin regulated processes in the roots. Therefore, they checked if these proteins could also bind to the promoter region of ARF19.  Finding that while ARF6 could not, ARF8 could. Explaining how there still could be a response to gravity in the absence of ARF7.

So, upon sensing a change in the direction gravity comes from the plant adjust its auxin flow back up the root. This in turn for the lower laying cells means more auxin and the activation of the ARF19 gene by ARF7 and ARF8, followed by the activation of genes involved in preventing cell from stretching themselves. On the others side of the root the opposite happens, which together allows for the bending of the root. As the ARF19 gene is only temporary active, this allows the plant to quickly return to the normal situation.

Literature

Erfan Ghafouri et al., ARF19 acts as a transient auxin response enhancer during root gravitropism. Cell Reports, 2026, 45 (6) 117555, https://www.cell.com/cell-reports/fulltext/S2211-1247(26)00633-9

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

Buigen door zwaartekracht

Buigen door zwaartekracht

De wortels en stengels van een plant die op z’n zij ligt groeien al snel weer naar beneden en boven. De plant heeft de verandering van de richting vanwaar de zwaartekracht komt waargenomen en zo doende z’n groei aangepast. Maar how planten deze tijdelijke aanpassing reguleren is niet helemaal bekend. Nu laten een groep van internationale onderzoekers zien dat een deel van het antwoord het tijdelijke aanzetten van de auxine response factor ARF19 betreft.

Plantenwortels groeien in het algemeen naar beneden. Maar soms moeten ze hun richting aanpassen, zoals wanneer ze een steen tegenkomen. Dan, en in de gevallen onderzoeker planten op hun zij leggen, nemen planten een verandering in zwaartekracht waar. Planten reageren op deze nieuwe realiteit, en al snel buigen hun wortels en groeien ze weer naar beneden.

Voordat we in kunnen gaan op hoe planten dit voor elkaar krijgen, eerst wat basiskennis over wortelgroei. Wortels groeien vanuit hun groeicentra in de tip van de wortel. Vanuit daar voegt de plant smalle nieuwgevormde compacte cellen toe. Ook heeft de plant daar z’n maximum van het plantenhormoon auxine, welke vanuit de tip van de wortel terug omhoog vloeit, maar dan wel in geleidelijk afnemende hoeveelheid. Dit laatste is belangrijk, omdat hoge auxine levels voorkomt dat de nieuwgevormde cellen zichzelf te snel uitrekken. Dus wanneer het auxine niveau laag genoeg is beginnen de cellen zich uit te rekken.

Reageren op meer auxine

Nu wanneer wortels een verandering in zwaartekracht waarnemen, dan passen ze de auxine stroom terug omhoog de wortel in aan. Dit doen ze op zo’n manier dat de cellen aan de kant van de wortel die lager ligt meer auxine terug omhoog vloeit dan aan de andere kant van de wortel. Dit resulteert in twee dingen. Ten eerste stoppen de cellen aan de lage kant van de wortel met het uitstrekken van zichzelf. Ten tweede strekken de cellen aan de bovenzijde van de wortel zich juist meer uit. Samen zorgt dit ervoor dat de wortel buigt.

 Nu vroegen de onderzoekers zich af wat er gebeurt tussen het waarnemen van meer auxine en het stoppen van het uitrekken. Eerdere studies hadden aangetoond dat twee auxine response factoren ARF7 en ARF9 hiervoor nodig zijn. Onder normale omstandigheden wordt de activiteit van ARF eiwitten onderdrukt door zo genoemde Aux/AAI eiwitten. Maar die worden afgebroken wanneer auxine levels toenemen, wat ARFs de mogelijkheid geeft om hun werk van genen activeren te doen. In het geval van het reageren op een verandering in zwaartekracht is dit het activeren van genen die het uitstrekken van cellen reguleren.

Dit wetende zou je verwachten dat ARF genen altijd actief zijn in de celtypes waarin ze hun werk doen, zodat na het toenemen van auxine ze direct aan de slag kunnen. Maar wat de onderzoekers vonden toen ze naar de activiteit van ARF genen keken nadat ze de plant op hun zij hadden gelegd was dat dit ARF19 juist activeerde. Deze activering correspondeerde direct met de toegenomen auxine levels in de lage kant van de wortel.

Tijdelijk actief

Om uit te vinden waarvoor ARF7 dan nodig voor is, verkende de onderzoekers verschillende scenario’s met behulp van een model. Een daarvan die het best paste met de observaties was die waar in ARF7 het ARF19 gen activeert, maar ARF19 niet z’n eigen gen. Om te bevestigen dat dit inderdaad is wat er gebeurt keken de onderzoekers of ARF7 en ARG19 aan de promoter van ARF19 konden binden (dit is hoe ARF eiwitten in het algemeen genen activeren). Hierbij vonden ze dat ARF7 inderdaad aan de promotor van ARF19 kon binden, terwijl ARF19 dat niet kon.

Toen was er nog een afwijking. Alhoewel het ARF19 gen ARF7 nodig heeft voor expressie reageren de planten in afwezigheid van ARF7 nog steeds op de zwaartekracht. Daarop doken de onderzoekers in de literatuur en vonden dat ARF6 en ARF8 vaak betrokken zijn bij reactie op auxine in de wortel. Daarom gingen ze na of deze eiwitten ook aan de promoter regio van ARF19 konden binden. Hierbij vonden ze dat ARF6 dit niet kon, maar ARF8 wel. Wat verklaard hoe er nog een reactie op de zwaartekracht kon zijn in de afwezigheid van ARF7.

Dus na het waarnemen van een verandering in de richting waarvan de zwaartekracht komt passen planten hun auxine stroom terug omhoog de wortel in aan. Dit op hun beurt betekend voor de lagergelegen wortelcellen meer auxine en de activatie van het ARF19 gen door ARF7 en ARF8. Wat op zijn beurt weer resulteert in de activatie van de genen die betrokken zijn in het voorkomen dat de cellen zich uitstrekken. Aan de andere kant van de wortel gebeurt het tegen over gestelde, samen resulteert dit in het buigen van de wortel. Omdat het ARF19 gen maar tijdelijk actief is geeft dit de plant de mogelijkheid on daarna snel naar de normale situatie terug te keren.

Literatuur

Erfan Ghafouri et al., ARF19 acts as a transient auxin response enhancer during root gravitropism. Cell Reports, 2026, 45 (6) 117555, https://www.cell.com/cell-reports/fulltext/S2211-1247(26)00633-9

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.