Linking defence responses

Linking defence responses

Upon wounding a Ca2+ signal travels from the wound through the plant. In each cell the signal passes through the defence response gets activated. Now a new study from German researchers shows that two plastid located ion channels form a missing link in how Ca2+ activates the biosynthesis of jasmonic acid, one of the plant hormones that coordinate the defence response.

Upon sensing stress, like wounding or an attack, plants respond by activating their defence response, which starts among others with the biosynthesis of jasmonic acid. The firs steps of which take place in plastids, like chloroplasts. While it is known that stress causes an increase of Ca2+ inside plastids, how Ca2+enters that fast and how it is promotes jasmonic acid biosynthesis unknown. 

The recent identification of plastid located ion channels called PEC1 and PEC2 made the researchers wonder if these where the channels they were looking for. After confirming that these channels indeed transport Ca2+ ions across chloroplast membranes, they checked how much Ca2+ increased in chloroplasts during salt stress. Finding that just after the concentration of Ca2+ in the cytosol increases, the concentration of Ca2+ in the chloroplasts increases as well. What is more, this did not happen in plants without any PEC1 and PEC2. Those plants had more Ca2+ in their cytosol. Indicating that PEC1 and PEC2 are required for pumping Ca2+ from the cytosol into chloroplast at times of stress.

PEC1 and PEC2 required for defence

Next up the researchers analysed how the activity of PEC1 and PEC2 genes is regulated. Zooming in at that part of sequence that regulates the activity, they found binding places for gene regulators known to be part of jasmonic acid regulated defence responses. Subsequently the researchers checked if jasmonic acid indeed activates PEC1. Showing that upon application of methyl jasmonate the PEC1 gene was activated. Furthermore, activating PEC1 resulted in more PEC1 protein. What is more, treating plants with methyl jasmonate the researchers found increased the Ca2+ level inside chloroplasts, but only when PEC1 and PEC2 are present. This suggests that the amount of Ca2+ that enters the chloroplasts is dependent on the number of PEC1 and PEC2 ion channels present.

Following this, the researchers wanted to find out how important PEC1 and PEC2 are for amounting the defence response. They did this by looking at the active genes in control plants and in plants without PEC1 and PEC2 under normal and after wounding. This showed that in plants without PEC1 and PEC2 the activation of defence response related genes was mostly similar to the plants with PEC1 and PEC2. However, the production of jasmonic acid was reduced in plants without PEC1 and PEC2. Suggesting that a full-blown defence response, for which an increase of jasmonic acid is required, was not possible in plants without PEC1 and PEC2.

Prepared to defend

Lastly, they checked what happened when plants have higher base levels of PEC1. This, although affecting the size of the plant, made the plants more sensitive to jasmonic acid. Which turned out to be a positive thing when the plants got infected with the fungus Botrytis cinerea. Plants with higher base levels of PEC1 developed smaller lesions that those with normal base levels. Indicating that fungus growth and spread is inhibited.

So, PEC1 and PEC2 bring the calcium ions there to where they are needed to promote jasmonic acid biosynthesis. In turn jasmonic acid promotes the activity of the genes encoding PEC1 and PEC2. But equally important without PEC1 and PEC2 there is no full-blown defence response. Indicating they are a indeed a link between Ca2+ current and jasmonic acid signalling.

Literature

S. Mühlbauer, et al., (2026) PLASTID ENVELOPE ION CHANNELS (PEC1/2) link Ca2+ and jasmonic acid signaling in plant cells, Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 123 (35) e2525536123, https://doi.org/10.1073/pnas.2525536123

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

Verdedigingsreacties linken

Verdedigingsreacties linken

Na verwonding reist een Ca2+ signaal van de wond door de plant. Elke cel waar het signaal langskomt bouwt z’n verdediging op. Nu laat een nieuwe studie van Duitse onderzoekers zien hoe twee in plastiden gelokaliseerde ion kanaaltjes de ontbrekende link vormen in de door Ca2+ geactiveerde biosynthese van jasmijnzuur, een van de plantenhormonen die de verdediging coördineert.

Na het waarnemen van stress, zoals verwonding, reageren planten door hun verdediging te activeren. Onder andere beginnende met de biosynthese van jasmijnzuur. De eerste stappen hiervan vinden plaats in plastiden zoals chloroplasten. En alhoewel het bekend is dat stress een toename van Ca2+ in de plastiden veroorzaakt, hoe Ca2+ de plastiden binnenkomt en hoe het de jasmijnzuur biosynthese aanzwengelt is nog niet bekend.

Naar aanleiding van de recente identificatie van twee in de plastiden gelokaliseerde ion kanaaltjes genaamd PEC1 en PEC2, vroegen de onderzoekers zich af of dit de kanaaltjes waren naar waar ze opzoek waren. Na bevestigd te hebben dat deze kanaaltjes inderdaad Ca2+ ionen over chloroplast membranen transporteren, checkte de onderzoekers de toename van Ca2+ als gevolg van zout stress. Hierbij zagen ze dat vlak nadat de concentratie van Ca2+ toenam in het cytosol, de concentratie van Ca2+ in chloroplasten ook toenam. Dit gebeurde niet in planten zonder PEC1 en PEC2. Deze planten hadden meer Ca2+ in hun cytosol. Dit suggereert dat in tijden van stress PEC1 en PEC2 nodig zijn voor het pompen van Ca2+ vanuit he cytosol in de chloroplasten.

PEC1 en PEC2 zijn nodig voor de verdediging

Vervolgen analyseerde de onderzoekers hoe PEC1 en PEC2 genen worden gereguleerd. In zoomend op het gedeelte van de sequentie dat de activiteit van de genen reguleert, vonden de onderzoekers bindingsplaatsen voor gen regulatoren waarvan het bekend is dat ze deel uitmaken van de door jasmijnzuur gecoördineerde verdedigingsreactie. Behandeling van de planten met methyl jasmonate activeerde het PEC1 gen. Wat vervolgens ook resulteerde in meer PEC1 eiwit. Maar dat was niet alles. Behandeling van de planten met methyl jasmonate zorgde er ook voor dat, in het geval PEC1 en PEC2 aanwezig waren, de hoeveelheid van Ca2+ in de chloroplasten toenam. Dit suggereert dat de hoeveelheid Ca2+ dat de chloroplasten binnenkomt afhankelijk is van het aantal PEC1 en PEC2 ion kanaaltjes.

Hierop volgend wilde de onderzoekers erachter komen hoe belangrijk PEC1 en PEC2 voor de verdediging zijn. Dit deden ze door te kijken naar welke genen actief zijn in controle planten en in planten zonder PEC1 en PEC2, met en zonder verwonding. Dit liet zien dat planten zonder PEC1 en PEC2 de activatie van verdediging gerelateerde genen voor het grootste gedeelte gelijk bleef. Maar dat de productie van jasmijnzuur lager lag in planten zonder PEC1 en PEC2. Dit suggereert dat een volwaardige verdediging, waarvoor een toename van jasmijnzuur nodig is, niet mogelijk is in planten zonder PEC1 en PEC2.

Voorbereid om te verdedigen

Als laatste gingen de onderzoekers na wat er gebeurde wanneer planten een hoger basisniveau van PEC1 hebben. Dit, ook al had het consequenties voor de grote van de plant, maakte de plant gevoeliger voor jasmijnzuur. Wat weer een positief effect had wanneer planten geïnfecteerd raakte met de schimmel Botrytis cinerea. Planten met een hoger basisniveau van PEC1 ontwikkelde kleinere door de schimmel beschadigede plekjes dan planten met een normaal basisniveau. Wat aangeeft dat de groei en verspreiding van de schimmel minder is.

Dus, PEC1 en PEC2 brengen de Ca2+ ionen daar waar ze nodig zijn om de biosynthese van jasmijnzuur te bevorderen. Jasmijnzuur op z’n beurt stimuleert de activiteit van de voor PEC1 en PEC2 coderende genen. Maar net zo belangrijk, zonder PEC1 en PEC2 is er geen volwaardige verdediging. War aangeeft dat ze inderdaad een link vormen tussen het Ca2+ stroompje en jasmijnzuur signalering.

Literatuur

S. Mühlbauer, et al., (2026) PLASTID ENVELOPE ION CHANNELS (PEC1/2) link Ca2+ and jasmonic acid signaling in plant cells, Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 123 (35) e2525536123, https://doi.org/10.1073/pnas.2525536123

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.

Manipulating insects

Manipulating insects

Herbivory insects manage to influence the stomata opening of the plant they feed on. Most do this to keep the stomata closed so they minimise the release of volatile organic compounds. These scent molecules are after all responsible for attracting the enemies; predatory insects. But the tomato leafminer (Phthorimaea absoluta) does the opposite. It forces the stomata open and uses the released benzaldehyde as a cue that it is best to lay its eggs on an uninfested plant a new study found.

It all started out with a question of why this tomato pests became so successful. It not only manages to escape predators that might keep it in check but also expands its range where it can be found. To find out how this insect manged this feat, the researchers of this latest study started with studying it. Finding that its larvae do quite well on already infested plants. However, despite larvae success on infested plants, egg laying females preferred to find an uninfested plant to lay their eggs.

This behaviour of the tomato leafminer appears to be an exception. The researchers found that egg laying females of other common tomato pests preferred already infested plants to lay their eggs on.

Scent signs

Subsequent analysis of the volatiles the infested plants released showed that those released after a tomato leafminer infestation were different from those released by plants infested with other herbivory insects. Suggesting that the key to the leafminer’s behaviour might be in the scent bouquet that is released.

Comparing this scent bouquet from infested and uninfested plants identified multiple potential signalling compounds. But analysing their effect on egg laying leafminer females reduced them to two compounds: Benzaldehyde and (Z)-3-hexenol. Of those, only benzaldehyde turned out to affect the egg laying female leafminers in the more nature realistic setting of a wind tunnel.

Having identified the volatile compound that influences the insect behaviour, next up was to identify what caused the plant to release benzaldehyde in the first place. Surprisingly this was not due to making more of it. Looking in more detail to the genes whose activity is affected by the leafminer infestation the researchers found that the activity of seven stomata related genes were different compared to the uninfested controls. One of these, IQM1, is encoding a protein known to influence stomata opening.

Open stomata

To confirm if stomata opening is indeed specifically affected by the tomato leafminer infestation, the researchers checked the stomata opening of plants infested with this and other herbivory insects. However, in contrast to the tomato leafminer, those other analysed herbivory insects did not cause stomata to open.

To study the effect of this forced stomata opening, the researchers created tomato plants without a functioning IQM1 gene. Those plants grew normal. But during a tomato leafminer infestation they did not open their stomata like tomato plants with a functioning IQM1 gene. With as result; the egg laying adult tomato leafminers did not go in search for an uninfested plant. They were laying their eggs on the infested one. This caused the food supply of the larvae to exhaust quicker and the death of the larvae. Resulting in a decrease in population growth.

So, the tomato leafminer learned to recognise the release of benzaldehyde by its host plant as a sign to move to an uninfested one. Preventing larvae dead by exhausted plants. It appears that it even manipulates its unwilling host to release this sign. Which molecules in the insect saliva are responsible for this manipulation however still needs to be found out.

Literature

L. Chen, X. Li, Y. Wang, et al. Herbivory-Induced Stomatal Opening Triggers the Dispersal of an Invasive Insect Herbivore. Advanced Science (2026): e77207. https://doi.org/10.1002/advs.77207

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

Manipulerende insecten

Manipulerende insecten

Plantenetende insecten manipuleren de huidmondjes van de plant waarmee ze zich voeden. De meeste doen dat om ze gesloten te houden om zo de uitstoot van vluchtige stoffen te minimaliseren. Deze geurstoffen lokken tenslotte de vijand; jagende insecten. Maar een nieuwe studie laat zien dat de tomatenmineermot (Phthorimaea absoluta) het tegenovergestelde doet. Deze forceert de huidmondjes open en gebruikt de uitgestoten benzaldehyde als een teken dat het beter is om z’n eieren op een nog niet geïnfesteerde plant te leggen.

Het begon allemaal met de vraag waarom deze tomaten plaag zo succesvol is. Niet alleen krijgt deze mot het voor elkaar om uit de klauwen van jagende insecten te blijven, het vergoot ook z’n leefgebied. Om uit te zoeken hoe dit insect dit voor elkaar krijgt besloten de onderzoekers van deze nieuwe studie het insect beter te bestuderen. Hierbij zagen ze dat de larven het goed doen op geïnfesteerde planten. Maar, het viel op dat ondanks dit succes, de eieren leggende vrouwelijke motten de voorkeur hadden om niet geïnfesteerde planten te vinden voor het leggen van hun eieren.

Dit gedrag van de tomatenmineermot blijkt een uitzondering. De onderzoekers zagen dat ei-leggende vrouwtjes van andere veelvoorkomende tomaten plagen de voorkeur aan geven om hun eieren juist op al geïnfesteerde planten te leggen.

Geur signalen

Daaropvolgende analyse van de uitgestoten geurmoleculen van de geïnfesteerde planten liet zien dat het geurboeket van planten geïnfesteerd met de tomatenmineermot anders was dan dat van planten geïnfesteerde met andere plantenetende insecten. Dit suggereert dat de sleutel naar het gedrag van de tomatenmineermot bij het uitgestoten geurboeket ligt.

Vergelijking van het geurboeket van geïnfesteerde en niet geïnfesteerde planten identificeerde verschillende potentiële signaal stoffen. Door het effect op de eierlegende vrouwtjes te bestuderen brachten de onderzoekers dit terug tot twee moleculen: Benzaldehyde and (Z)-3-hexenol. Hiervan bleek alleen benzaldehyde een effect te hebben op de eierleggende vrouwtjes van de tomatenmineermot in een meer natuur realistische setting van een windtunnel.

Het molecuul dat het insecten gedrag beïnvloed geïdentificeerd hebbende, was de volgende taak het identificeren van waarom de plant benzaldehyde uitstoot, Verrassend genoeg niet vanwege opgevoerde benzaldehyde productie. Maar toen de onderzoekers keken naar de genen waarvan de activiteit beïnvloed wordt door tomatenminuurmot plaag zagen ze dat de activiteit van zeven huidmondjes gerelateerde genen anders was vergeleken met de niet geïnfesteerde controle planten. Een daarvan, IQM1, was bekend dat dat deze de opening van de huidmondjes beïnvloed.

Open huidmondjes

Om te bevestigen dat het openen van de huidmondjes inderdaad veranderd door een tomatenmineermot plaag, bestudeerde de onderzoekers het openen van de huidmondjes tijdens een plaag van deze en andere plantenetende insecten. Maar, in tegenstelling tot de tomatenmineermot deed een plaag met andere plantenetende insecten de huidmondjes niet openen.

Om het effect van deze geforceerde stomata opening te bestuderen, maakte de onderzoekers tomatenplanten zonder een functionerend IQM1 gen. Deze planten groeide normaal. Maar tijdens een tomatenmineermot plaag opende ze niet hun huidmondjes wat de tomatenplanten met een functionerend IQM1 gen wel deden. Met als resultaat de eierleggende volwassen tomatenmineermot niet opzoek gingen naar een niet geïnfesteerde plant. Ze legde hun eieren op de geïnfesteerde plant. Waardoor de voedselvoorraad van de larven sneller uitputte en de larven doodgingen. Met een afname van populatie groei als gevolg.

Dus, de tomatenmineermot heeft geleerd om de afgifte van benzyaldehyde door z’n gastheer plant te herkennen als een signaal om te verkassen naar een niet geïnfesteerde plant. Zo voorkomend dat hun larven doodgaan door voedseltekort. Welke moleculen in het speeksel van de insecten verantwoordelijk zijn voor deze manipulatie is nog niet bekend.

Literatuur

L. Chen, X. Li, Y. Wang, et al. Herbivory-Induced Stomatal Opening Triggers the Dispersal of an Invasive Insect Herbivore. Advanced Science (2026): e77207. https://doi.org/10.1002/advs.77207

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.