New leads

Plant & zo

The science of plants and more


New leads

Sometimes you will need new leads. Like for the question how the signal from mechanosensitive channels is transferred to the rest of the plant. A research group from the US went searching for those new leads to answer this question.

Mechanosensitive channels are membrane proteins which let through a signal after the membrane changes form, like when a barrier presses into it. This signal is often in the form of an ion, like Ca2+. After letting through the signal, researchers observe that an adaptation, like change of direction of growth, takes place. But what is actually picking up this ionic signal and translates it in a concrete action is unknown.

To find out researchers studied which proteins are binding the mechanosensitive channel MSL10. This gave them a long list of proteins. But zooming in on the proteins that most frequently bind MSL10 the researchers noticed that these were part of ER-plasma membrane contact sites. Like VAP27-1, VAP27-2, and SYT1. Closer study showed that only the ER localised VAP27-1 and VAP27-3 directly bind to plasma membrane localised MSL10. With the actual interaction between VAP27-1/VAP27-3 and MSL10 creating an ER-plasma membrane contact site.


ER-plasma membrane contact sites are playing an important role in the recognition of the signal


At the same time, the researchers analysed which genes are needed to transfer the signal that  MSL10 lets through into concrete action. For this the researchers used plants that have a form of MSL10 that always lets signals through. As a consequence, these plants are shorter than normal. They mutated the plants using a chemical mutagen and selected the offspring of those plants that were taller. In some of these plants the MSL10 gene was back into its normal form. But two of these plants had a mutation in a different gene, SYT5 and SYT7. Both SYT5 and SYT7 are like SYT1 present in ER-plasma membrane contact sites. From the mutant analysis it turned out that when SYT5 or SYT7 are not working properly the signal of MSL10 is not properly received by the cell.

By far the most question around MSL10 and the signals it lets through have been answered. But this researcher shows that ER-plasma membrane contact sites are playing an important role in the translation of the signal into action. Enough new leads to keep the researchers going.

Literature

Jennette M Codjoe, Ryan A Richardson, Fionn McLoughlin, Richard David Vierstra, Elizabeth S Haswell (2022) Unbiased proteomic and forward genetic screens reveal that mechanosensitive ion channel MSL10 functions at ER–plasma membrane contact sites in Arabidopsis thaliana eLife 11:e80501, https://doi.org/10.7554/eLife.80501

Nieuwe aanknopingen

Plant & zo

Plantenwetenschap en meer


Nieuwe aanknopingen

Soms heb je een nieuw aanknopingspunt nodig. Zo ook voor hoe mechanisch-gevoelige kanaaltjes hun signaal doorgeven aan de rest van de plant. Een groep onderzoekers uit de US gingen op zoek naar nieuwe aanknopingspunten om deze vraag te beantwoorden.

Mechanisch-gevoelige kanaaltjes zijn membraaneiwitten die wanneer het membraan van vorm veranderd, bijvoorbeeld omdat een barrière het indrukt, een signaal door laat. Dit signaal is vaak in de vorm van een ion, zoals Ca2+. Na het afgeven van het signaal zien onderzoekers dat er een aanpassing plaatsvindt, bijvoorbeeld verandering van groei richting. Maar wat het ionisch signaal na binnenkomst oppikt en omzet in concrete actie is onbekend.

Om dit uit te vinden keken de onderzoekers na welke eiwitten aan het mechanisch-gevoelig kanaal MSL10 binden. Dit gaf een lange lijst met eiwitten. Inzoomend op de eiwitten die het vaakst aan MSL10 binden, zagen de onderzoekers dat deze onderdeel zijn van ER-plasmamembraan contact sites. Zoals VAP27-1, VAP27-2, en SYT1. Bij nader onderzoek bleken alleen ER gelokaliseerde VAP27-1 en VAP27-3 direct aan de plasmamembraan gelokaliseerde MSL10 te binden. Deze interactie tussen VAP27-1/VAP27-3 en MSL10 creëert een ER-plasmamembraan contact site.


ER-plasmamembraan contact sites spelen een belangrijke rol bij het oppikken van het signaal


Tegelijkertijd onderzochten de onderzoekers welke genen noodzakelijk zijn om het signaal van MSL10 om te zetten in een concrete actie. Hiervoor gebruikte de onderzoekers planten met een vorm van MSL10 die altijd signaaltjes doorgeeft. Als gevolg zijn deze planten zijn kleiner dan normaal. Ze behandelde deze planten met een chemisch mutageen om ze te muteren en selecteerde de nakomelingen die groter waren. In sommige van deze planten was het MSL10 gen weer terug in z’n normale vorm. Maar twee van de planten hadden een mutatie in een ander gen, SYT5 en SYT7. Zowel SYT5 als SYT7 zijn net als SYT1 aanwezig in ER-plasmamembraan contact sites. Uit de mutanten analysis blijkt dat als SYT5 of SYT7 niet goed werken dat de cel het signaal van MSL10 niet goed oppikt.

Nog lang niet alle vragen rond omtrent MSL10 en de signalen die het doorlaat zijn beantwoord. Maar het is duidelijk dat ER-plasmamembraan contact sites een belangrijke rol spelen in het omzetten van het signaal in een actie. Genoeg aanknopingspunten dus om mee verder te gaan.

Literatuur

Jennette M Codjoe, Ryan A Richardson, Fionn McLoughlin, Richard David Vierstra, Elizabeth S Haswell (2022) Unbiased proteomic and forward genetic screens reveal that mechanosensitive ion channel MSL10 functions at ER–plasma membrane contact sites in Arabidopsis thaliana eLife 11:e80501, https://doi.org/10.7554/eLife.80501

Only welcome during shortage

Plant & zo

The science of plants and more


Only welcome during shortage

One of the plants challenges is to find enough nutrients for growth. Especially finding enough nitrogen and phosphate can be challenging. A plant needs a lot of these building blocks. But working together with fungi and bacteria can help to acquire more nitrogen or phosphate. But this partnership comes with a price tag. Sugars in exchange for phosphate or nitrogen. Therefore, a plant only works together when there is a nutrient shortage. But how do plants distinguish between the different conditions. Researchers for the UK found out how barley does this.

First, they figured out which signalling molecules from fungi elicited a partnership reaction from barley. They noticed that when barely had a shortage of phosphate or nitrogen both CO and LCO fungal sugars elicited a reaction. While CO-sugars also elicited a clear reaction when there was plenty of nitrogen or phosphate, barley only reacted to LCO-sugars when there was a shortage.

Subsequently, the researchers analysed which of the gene on-switches are needed to initiate the partnership and are switched on themselves as a result of phosphate or nitrogen shortage. This, it turned out, were NSP1 and NSP2. The researchers noticed that barley plants without NSP1 and NSP2 did not initiate partnerships with the fungi.


Recognising fungal signals only during shortage


NSP1 and NSP2 switch-on genes needed for the production of the plant hormone strigolactone and comparable molecules. Therefore, the researchers analysed the effect these molecules on the plant-fungi partnership. They noticed that plants without any ability to perceive strigolatones still initiated plant-fungi partnerships. But when the researchers removed a receptor for an on strigolactone-like molecule, karrikin, then LCO-sugars would not initiate a reaction, and the plant doesn’t initiate plant-fungi partnerships.

After recognising karrikin, the karrikin receptor makes sure that the genes for recognising the LCO-sugars are turned on. In this was the plant makes sure that only when it has not enough nitrogen or phosphate it will recognise the signals for initiating a partnership with beneficial fungi. To get in exchange for sugars some nitrogen or phosphate.

Literature

Xin-Ran Li, Jongho Sun, Doris Albinsky, Darius Zarrabian, Raphaella Hull, Tak Lee, Edwin Jarratt-Barnham, Chai Hao Chiu, Amy Jacobsen, Eleni Soumpourou, Alessio Albanese, Wouter Kohlen, Leonie H. Luginbuehl, BrunoGuillotin, TomLawrensen, Hui Lin, Jeremy Murray, Emma Wallington, Wendy Harwood, Jeongmin Choi, Uta Paszkowski and Giles E. D. Oldroyd (2022) Nutrient regulation of lipochitooligosaccharide recognition in plants via NSP1 and NSP2. Nature Communications 13, 6421. https://doi.org/10.1038/s41467-022-33908-3

Alleen welkom bij schaarste

Plant & zo

Plantenwetenschap en meer


Alleen welkom bij schaarste

Het vinden van genoeg voedingstoffen is een van de uitdagingen van een plant. Voornamelijk het vinden van genoeg stikstof en fosfaat kan een uitdaging zijn. Van deze bouwstenen heeft een plant er veel nodig. Samenwerking met schimmels of bacteriën kan helpen om aan extra stikstof of fosfaat te komen. Maar dit komt met een prijskaartje. Suikers in ruil voor fosfaat of stikstof. De plant werkt daarom alleen samen wanneer de voedingstoffen echt schaars zijn. Maar hoe maken planten dat onderscheid? Onderzoekers uit het Verenigd Koninkrijk onderzochten hoe gerst dit doet.

Ten eerste zochten ze uit welke signaalstoffen van schimmels bij gerst een reactie om samen te werken uitlokte. Wanneer gerst een tekort heeft aan fosfaat of stikstof resulteren zowel de CO- als de LCO-suikers van schimmels in een reactie. Maar waar CO-suikers ook een duidelijke reactie uitlokken wanneer er genoeg stikstof en fosfaat aanwezig is, zagen de onderzoekers dat gerst alleen op LCO-suikers reageert bij schaarste.

Vervolgens analyseerde de onderzoekers welke gen-aanzetters zowel nodig zijn voor de samenwerking en aangaan bij stikstof of fosfaat te kort. Dit bleken NSP1 en NSP2 te zijn. De onderzoekers zagen dat gerst planten zonder gen aanzetters NSP1 en NSP2 geen samenwerkingsverband aangaan met de schimmels.


Signalen van schimmels alleen herkent bij schaarste


NSP1 en NSP2 zetten de genen voor het maken van het plant hormoon strigolactone en daar op lijkende stoffen aan. Daarom onderzochten de onderzoekers het effect van deze stoffen op het samenwerkingsverband. Ze zagen dat planten planten die strigolactone zelf niet konden waarnemen nog reageren op de LCO-suikers van de schimmel. Maar verwijderde de onderzoekers de receptor voor een op strigolactone lijkende stof, karrikin, dan reageert de plant niet meer op de LCO-suikers, en gaat geen samenwerkingsverband aan.

Wat bleek de karrikin-receptor zorgt ervoor dat na herkenning van karrikin, de genen voor herkenning van de LCO-suikers aan gaan. Zo zorgt de plant ervoor dat alleen wanneer het niet genoeg stikstof of fosfaat heeft, het de signalen voor samenwerking met gunstige schimmels herkent. Om zo in ruil voor suikers meer stikstof of fosfaat te krijgen.

Literatuur

Xin-Ran Li, Jongho Sun, Doris Albinsky, Darius Zarrabian, Raphaella Hull, Tak Lee, Edwin Jarratt-Barnham, Chai Hao Chiu, Amy Jacobsen, Eleni Soumpourou, Alessio Albanese, Wouter Kohlen, Leonie H. Luginbuehl, BrunoGuillotin, TomLawrensen, Hui Lin, Jeremy Murray, Emma Wallington, Wendy Harwood, Jeongmin Choi, Uta Paszkowski and Giles E. D. Oldroyd (2022) Nutrient regulation of lipochitooligosaccharide recognition in plants via NSP1 and NSP2. Nature Communications 13, 6421. https://doi.org/10.1038/s41467-022-33908-3

%d bloggers like this: