Longer roots

Plant & zo

The science of plants and more

Longer roots

To access deeper located water enables a plant to better withstand drought. Helpful hereby are longer roots that penetrate deeper into the soil. It is one of the traits that breeders select during the development of drought resilient wheat. Although a big stumbling block is that there is relatively little known about which genes are involved. But now A group of researchers from America, Argentine, China, Israel, and Sweden show that the development of long soil penetrating roots depend on the level expression of OPRIII genes.

Wheat lines that were intercrossed with a rye line for a better root system pointed the researchers to the OPRIII genes. These so-called RS lines had a more expanded root system with better access to water. With as result a higher yield for RS lines in the case of drought.

Closer analysis suggested that the most like genes responsible for the drought adapted root system of the RS lines were the OPRIII genes. To make sure this was indeed the case the researchers developed wheat with extra OPRIII and wheat without any OPRIII. When there was an extra amount of OPRIII present, then the researchers noticed, the wheat plants had shorter roots with more side roots. While absence of OPRIII resulted in wheat plants with extra long roots.

Making the amount of OPRIII determinative for how the roots develop. Although it is not completely clear how OPRIII influences root architecture. It gives breeders a handhold for developing drought resilience lines. By keeping an eye on the OPRIII levels.

Literature

Gabay, G., Wang, H., Zhang, J. et al. (2023) Dosage differences in 12-OXOPHYTODIENOATE REDUCTASE genes modulate wheat root growth. Nature Communications 14, 539 https://doi.org/10.1038/s41467-023-36248-y

Langere wortels

Plant & zo

Plantenwetenschap en meer

Langere wortels

Om beter tegen droogte te kunnen is het handig om bij dieper gelegen water te kunnen. Langere wortels die dieper de aarde penetreren helpen hierbij. Het is een van de eigenschappen waarop veredelaars selecteren voor de ontwikkeling van tarwe dat droogte kan weerstaan. Een groot struikelblok hierbij is dat er weinig bekend is over welke genen hierbij betrokken zijn. Maar nu hebben groep onderzoekers uit Amerika, Argentinië, China, Israël, en Zweden laten zien dat het ontwikkelen van lange, aarde penetrerende wortels afhangt van de mate van expressie van OPRIII genen.

De onderzoekers kwamen de OPRIII genen op het spoor aan de hand van tarwe lijnen die gekruist waren met roggen voor het verkrijgen van een tarwe lijn met een beter wortelstelsel. Deze zogenaamde RS-lijn had met z’n uitgebreidere wortelstelsel meer toegang tot water. Wat ertoe leidde dat RS bij droogte een hogere opbrengst had.

Nader analyse suggereerde dat de OPRIII genen de meest waarschijnlijk de verantwoordelijken waren voor het betere wortelstelsel van de RS-lijnen. Om zeker te zijn maakte de onderzoekers tarwe die extra OPRIII of juist helemaal geen OPRIII hadden. Was er extra OPRIII aanwezig dan, zo zagen de onderzoekers, hadden de tarwe planten kortere wortels, met meer vertakkingen. Maar was OPRIII afwezig, dan hadden de tarwe planten extra lange wortels.

De hoeveelheid OPRIII is dus bepalend voor hoe de wortels zich ontwikkelen. Al weten we nog niet helemaal hoe OPRIII wortel architectuur beïnvloed. Het geeft veredelaars een handvat voor het ontwikkelen van droogte resistente gewassen. Door de hoeveelheid OPRIII in het oog te houden.

Literatuur

Gabay, G., Wang, H., Zhang, J. et al. (2023) Dosage differences in 12-OXOPHYTODIENOATE REDUCTASE genes modulate wheat root growth. Nature Communications 14, 539 https://doi.org/10.1038/s41467-023-36248-y

Loss of pressure

Plant & zo

The science of plants and more

Loss of pressure

The epidermis, the outer cell layer of a plant, protects the plant against the outside world. Their function is determined by their position in the plant. All cells in the outermost cell layer are doomed to develop into epidermis cells. Up to now it was unknown how these cells recognise their position. Now Japanese, Finnish, and German researchers have discovered that the amount of pressure a cell experience determines if they turn on the epidermis master switch ATML1.

ATML1 is a transcription factor, a gene on/off switch, that turns on the genes needed for a cell to develop into an epidermis cell. ATML1 is switched on in all the epidermis cells, but not in the underlying mesophyll cells. But what causes ATML1 to be turned on in this outermost cell layer was unknown.

In order to study this the researchers analysed ATML1 expression after they made a new the outer layer of a leaf through stripping it from its epidermis. They observed that in the exposed outside mesophyll cells ATML1 was switched on. But only in these cells. In a lower cell layer ATML1 was off.

ATML1 was only switched on in epidermis stripped leaves in low osmolarity

The researchers noticed that the exposed mesophyll cells extruded from the leaf. This gave them the hind that a difference of pressure might be playing a role in turning ATML1 on. To analyse this, the researchers placed an epidermis stripped leaf artificial under pressure through placing it between to glass coverslips. Looking how this affected ATML1 expression, the researchers observed that the mesophyll cells with the artificial epidermis did not turn on ATML1. But in absence of the artificial epidermis ATML1 was switched on in the exposed cells.

Subsequently the researcher confirmed that it was indeed the pressure difference that turned on ATML1. For this they placed epidermis stripped leaves in solutions with different osmolarity. Cells in a high osmolarity solution would not feel the otherwise perceived pressure difference, while those in a low osmolarity solution do. The researchers observed that ATML1 was only switched on in epidermis stripped leaves in the low osmolarity solution.

The registration of the loss of pressure on the mesophyll cells result in the switching on ATML1. But how the cell exactly perceives this loss of pressure is still unknown. But the first step is taken in finding out how this is done.

Literature

Iida, H., Mähönen, A.P., Jürgens, G. et al. (2023) Epidermal injury-induced derepression of key regulator ATML1 in newly exposed cells elicits epidermis regeneration. Nature Communications 14, 1031. https://doi.org/10.1038/s41467-023-36731-6

Verlies van druk

Plant & zo

Plantenwetenschap en meer

Verlies van druk

De epidermis, de buitenste cellaag van een plant, beschermt de plant tegen de buitenwereld. Deze cellen danken hun functie aan hun locatie in de plant. Alle cellen in de buitenste cellaag zijn gedoemd om epidermis te worden. Hoe deze cellen hun positie herkennen was tot nu toe in het ongewisse. Nu hebben Japanse, Finse en Duitse onderzoekers ontdekt dat de hoeveelheid druk die een cel ervaart bepaald of ze het epidermis master gen ATML1 aanzetten.

ATML1 is een transcriptie factor, een gen aanzetter, die de genen aanzet die nodig zijn voor de cel om zich te ontwikkelen tot een epidermiscel. In alle epidermiscellen staat AMTL1 aan, maar in de onderliggende bladmoescellen niet. Wat ervoor zorgt dat AMTL1 aangaat in deze buitenste cellaag was onbekend.

Om dit te onderzoeken besloten de onderzoekers te kijken naar ATML1 expressie nadat ze een nieuwe buitenste laag hadden gemaakt door het verwijderen van de epidermis van een blad. Hierbij zagen ze dat in aan de buitenlucht blootgestelde bladmoescellen ATML1 aan ging. Maar alleen in die cellen. Cellen in een laag eronder zette ATML1 niet aan.

ATML1 ging alleen aan in epidermisloze bladeren in een lage osmolariteit

Het viel de onderzoekers op dat de blootgestelde bladmoescellen uit het blad staken. Dit gaf ze het idee om te kijken of het verschil in druk een rol speelt in het aanzetten van ATML1. Dit deden ze door een epidermisloos blad kunstmatige onder druk te zetten door het tussen twee glasplaatjes te plaatsen. Kijkend naar het effect op de ATML1 expressie zagen de onderzoekers dat in bladmoescellen die een kunstmatige epidermis hadden geen ATML1 aanzette. Was de kunstmatige epidermis afwezig dan ging ATML1 aan in de epidermisloze bladmoescellen.

Vervolgens bevestigde de onderzoekers dat het inderdaad het drukverschil was die voor het aanzetten van ATML1 zorgt. Bestudeerde de onderzoekers wat er gebeurt bij het plaatsen van de epidermisloze bladeren in vloeistoffen met verschillende osmolariteit. Cellen in een oplossing van hoge osmolariteit kunnen een drukverschil niet voelen, maar cellen in een oplossing van een lage osmolariteit wel. De onderzoekers zagen dat ATML1 alleen aan ging in epidermisloze bladeren in een vloeistof met een lage osmolariteit lagen.

Het registeren van een verlies van druk op de bladmoescellen resulteert dus in het aanzetten van ATML1. Maar hoe de cel dit precies registreert is nog onduidelijk. De eerste stap in het ontrafelen hiervan is in ieder geval gezet.

Literatuur

Iida, H., Mähönen, A.P., Jürgens, G. et al. (2023) Epidermal injury-induced derepression of key regulator ATML1 in newly exposed cells elicits epidermis regeneration. Nature Communications 14, 1031. https://doi.org/10.1038/s41467-023-36731-6

%d bloggers like this: