Switching from 2D into 3D

Switching from 2D into 3D

Life as we know it happens in 3D. So, when a group of international researchers found a gene that appears to have a role in the transition from 2D into 3D development they where excited.

The shift from 2D life into 3D life was an essential ingredient for the colonization of land by plants. In essence it is one of the foundations of life as we currently know it. This happened around 470 million years ago.

So, it is understandable that scientist want to know more about how plants shift from developing on a 2D plane and start growing into 3D. To study this they have turned to the moss Physcomitrium patens, which has a 2D growth phase that can be maintained in essence indefinitely, and a 3D growth phase that they use for reproduction but is not needed for survival.

Strange looking proteins

However, this study did not start with analysing that transition in particular. The researchers had set out to study the mosses MAPK proteins, which add a phosphate group to proteins they regulate. While characterising those they stumbled on two odd looking ones. They were way larger. Looking closely, they noticed that these MAPK proteins where fused with so called NATD proteins, which add acetyl groups to proteins for regulation.

Naturally the researchers wanted to find out what those fusion proteins, which they called RAK1 and 2, do. So they deleted them. While moss without RAK2 could not survive, moss without RAK1 did.

Studying those RAK1 missing moss plants closely, the researchers noticed that they formed less 3D buds. Zooming in showed that the development of those buds stopped at the stage when division shifted from a 2D plane into a 3D one. Suggesting that RAK1 is needed for this 2D into 3D shift.

No universal switch

Now the question was what does RAK1 exactly do. Remember that RAK1 is made up of two types of proteins that both modify other proteins to regulate their activity. The researchers found that RAK1 could do both, adding a phosphate group and adding an acetyl group. While the researchers found that for lots of proteins in RAK1 missing moss plants had a different modification compared to those in moss plants with RAK1, they don’t believe RAK1 is responsible for all of them. Just a handful of well-placed proteins could function as a starting point, whit those proteins affection the modifications on other proteins.

So in moss RAK1 regulates the proteins involved in switching from a 2D cell division plane into a 3D one. But what about other 3D plants? That is where the excitement stops, as the researchers only found RAK genes in closely related moss species. Suggesting that in most plants the switch from 2D into 3D is not a single gene.

So what does this all mean? It means that mosses that go from a 2D phase into a 3D phase have a protein that coordinates this. It doesn’t mean that they have found a universal switch that turns 2D life into 3D.

Literature

de Luxán-Hernández, C., Ammitsøe, T.J., Kanne, J.V., Stanimirovic, S., Redondo-Rodríguez, R., Roux, M.E., Zhang, L., Weeks, Z., Schutzbier, M., Dürnberger, G., Roitinger, E., Spadiut, O., Ishikawa, M., Hasebe, M., Moody, L.A., Dagdas, Y.F., Rodriguez, E. and Petersen, M. (2026), An N-acetyltransferase-MAPK fusion protein modulates developmental reprogramming in Physcomitrium patens. New Phytol, 251: 321-339. https://doi.org/10.1111/nph.71214

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

Switchen van 2D naar 3D

Switchen van 2D naar 3D

Het leven zoals we dat kennen is in 3D. Dus toen een internationale groep onderzoekers een gen vonden die een rol lijkt te hebben in de transitie van 2D naar 3D waren ze logischerwijs opgewonden.

De omschakeling van 2D leven naar 3D leven was een essentieel onderdeel van de kolonisatie van land door planten. In essentie is het onderdeel van de fundering van het leven zoals we dat op dit moment kennen. Dit gebeurde allemaal zo’n 470 miljoen jaar geleden.

Dus het is begrijpelijk dat onderzoekers meer willen weten hoe planten switchen van groeien in 2D naar groeien in 3D. Om dit te onderzoeken maken onderzoekers gebruik van het mos Physcomitrium patens. Dit mos heeft een 2D groeifase die oneindig door kan gaan, en een 3D groeifase die het gebruikt om zich voort te planten maar niet nodig is om te overleven.

Raar uitziende eiwitten

Toch begon dit onderzoek niet met het analyseren van deze overgang. De onderzoekers begonnen met het bestuderen van de in het mos aanwezige MAPK eiwitten, deze voegen een fosfaat groep toe aan de eiwitten die ze reguleren. Terwijl ze die aan het karakteriseren waren struikelde ze over twee raar uitziende eiwitten. Deze eiwitten waren groter. Maar toen de onderzoekers ze goed bestudeerde zagen ze dat deze MAPK eiwitten gefuseerd waren met zogenaamde NATD eiwitten, die een acetyl groep toevoegen aan de eiwitten die ze reguleren.

Logischerwijs wilde de onderzoekers uitzoeken wat deze fusie eiwitten, die ze RAK1 en 2 noemde, doen. Daarom verwijderde de onderzoekers de eiwitten. Mos zonder RAK2 overleefde het niet, maar mos zonder RAK1 wel.

Bij bestudering van die RAK1 missende mosplanten zagen de onderzoekers dat deze minder 3D knoppen vormde. Inzoomend zagen ze dat de ontwikkeling van deze knoppen stopte op het moment dat de deling veranderde van een 2D richting in een 3D richting. Suggererend dat RAK1 nodig is voor deze verschuiving van 2D naar 3D.

Geen universele schakelaar

Nu was de vraag wat doet RAK1 nu precies. Nu is RAK1 een fusie eiwit van twee soorten eiwitten die allebei andere eiwitten modificeren om hun activiteit te reguleren. De onderzoekers vonden dat RAK1 beide modificaties kon doen. Zowel het toevoegen van een fosfaat groep als het toevoegen van een acetyl groep. En terwijl de onderzoekers veel eiwitten vonden in RAK1 missende mosplanten met een ander modificatie dan in mosplanten met RAK1, denken ze niet dat RAK1 ze allemaal modificeert. Enkel een handvol goed geplaatste eiwitten kunnen als begin punt functioneren, waarbij deze eiwitten weer de modificatie van de andere eiwitten beïnvloeden.

Dus in mos reguleert RAK1 de eiwitten betrokken bij het switchen van een 2D celdeling oriëntatie naar een in 3D. Maar hoe zit het in andere 3D planten? Dat is precies waar de opwinding stopt, de onderzoekers vonden alleen RAK genen in nauw verwante mos soorten. Wat suggereert dat in de meeste planten de overgang van 2D naar 3D niet reguleren met een enkel gen.

Wat betekent dit dan allemaal? Het betekent dat mossen die van een 2D naar een 3D fase gaan een eiwit hebben die dit allemaal coördineert. Maar het betekent niet dat de onderzoekers een universele schakelaar hebben gevonden van 2D naar 3D.

Literatuur

de Luxán-Hernández, C., Ammitsøe, T.J., Kanne, J.V., Stanimirovic, S., Redondo-Rodríguez, R., Roux, M.E., Zhang, L., Weeks, Z., Schutzbier, M., Dürnberger, G., Roitinger, E., Spadiut, O., Ishikawa, M., Hasebe, M., Moody, L.A., Dagdas, Y.F., Rodriguez, E. and Petersen, M. (2026), An N-acetyltransferase-MAPK fusion protein modulates developmental reprogramming in Physcomitrium patens. New Phytol, 251: 321-339. https://doi.org/10.1111/nph.71214

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.

The old die to protect the young

The old die to protect the young

Flooding gives plants a big blow. Still, if the flooding doesn’t take too long, plants can survive due to a number of survival techniques. One of these is the shedding of old leaves. Now Dutch researchers show in a new study what happens after flooding.

Flooding is a shock for plants. Suddenly they are in a low oxygen state and can’t no longer photosynthesize. This initiates a number of different processes, like the restriction of stored energy use. You might think that resubmerging after a flood is all good news, but it actually gives plants a new shock. Suddenly oxygen flows back in, and due to the damaged roots plants have a drought like experience, even if the soil they are standing in is still quite moist.

If a plant survives flooding depends on a number of things, one of them the plant age. Older plants tend to die faster than younger ones. This same observation can be made for leaves. While the younger leaves recover, the older leaves die after resubmerging from the flood. The researchers wanted to find out why.

Dehydrated

The first thing they did was finding out which genes were active, during the flood and the recovering phase afterwards. They looked at both old and young leaves. Finding that while both leaves activate a flooding response, old leaves activated this response faster. In addition, young leaves were quick to turn those flood responding genes off again when the flood is gone. In old leaves, in contrast, the flood response kept going after resubmerging.

One of the visible differences between young and old leaves is that old leaves after flooding is that the older leaves look like to dehydrate faster. After confirming that these older leaves indeed loose water faster, the question rose what caused it. To control dehydration, plants use the hormone ABA to regulate stomata opening. Old leaves, in contrast to what was expected, did show a good activation of the ABA regulation. And there was no difference either in ABA production. However, young leaves of plants that could not respond to ABA showed a similar dehydration response after flooding as the older leaves. Suggesting that older leaves had become less sensitive to ABA, preventing to adequately prevent stomata opening during a drought.

Misfolding proteins

Another thing the researchers noticed when they looked at which genes where active during flooding and recovery, was the activity of genes that respond to a build up of misfolded proteins. Those genes were especially active in young leaves. This made the researchers wonder if they experienced a greater build up of misfolded proteins than older leaves. But that appeared not to be the case. Both young and old leaves got similar increased levels of misfolded protein build up. However, while the young leaves activated processes to deal with this, the older leaves did not. Resulting in greater damage in older leaves.

This all point towards why older leaves are quicker to die and might point to directions that breeders can look into to make crops more flooding resilient. At the same time I think it is important to also remember another fact. The dying of those older leaves after flooding occurs in a controlled matter, similar to leaves dying in autumn. This allows the recovering plants to reallocate resources to young and developing leaves and roots. Giving the plant time to grow new healthy leaves and restart the photosynthesis.

Literature

Tom Rankenberg, Maria Angelica Sanclemente, Hongtao Zhang, Hendrika ACF Leeggangers, Omar Orozco-Granados, Muthanna Biddanda Devaiah, Janet Rong Chao, Hans van Veen, Frederica L Theodoulou, Rashmi Sasidharan, Distinct processes contributing to post-submergence recovery determine leaf age-specific flood resilience in Arabidopsis, Plant Physiology, 2026;, kiag317, https://doi.org/10.1093/plphys/kiag317

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

De oude bladeren sterven om de jongen te beschermen

De oude bladeren sterven om de jongen te beschermen

Overstromingen geven platen een stevige optater. Toch kunne planten, zolang de overstroming niet te lang duurt, deze met behulp van een aantal overlevingstechnieken overleven. Een daarvan is het afstoten van oude bladeren. Nu laten Nederlandse onderzoekers in een nieuwe studie zien wat er na de overstroming gebeurt.

Overstromingen zijn een schok voor planten. Opeens hebben ze zuurstoftekort en kunnen ze geen fotosynthese uitvoeren. Dit is het startsein voor een aantal verschillende processen. Zoals een rem op het gebruik van opgeslagen energie. Nu kan je denken dat nadat het water weer gezakt is dat er alleen maar goed nieuws is, maar eigenlijk betekend dit een nieuwe schok voor planten. Opeens komt er weer zuurstof binnen, en door de beschadigde wortels is er een water te kort, zelfs als de grond waarin de planten staan nog behoorlijk nat is.

Of een plant dit alles overleeft hangt van een aantal dingen af zoals die van de leeftijd van de plant. Oudere planten hebben de neiging om sneller het loodje te leggen dan jongen planten. Eenzelfde observatie geldt voor bladeren. Terwijl jonge bladeren zich herstellen, sterven de oudere bladeren nadat het water gezakt is. De onderzoekers wilde weten waarom.

Gedehydreerd

Het eerste wat de onderzoekers deden was uitvinden welke genen actief zijn tijdens en na de overstroming. Dit deden ze voor oude en jonge bladeren. Ze vonden dat alhoewel beide bladeren een overstromingsreactie activeerde, deze in oude bladeren sneller opgang kwam. Ook zagen ze dat in jonge bladeren de overstromingsgenen snel weer uitgingen nadat de overstroming over was. In oudere bladeren bleef de overstromingsgenen juist actief.

Een van de zichtbare verschillen in herstel tussen jonge en oude bladeren na een overstroming is dat het lijkt dat oudere bladeren eerder gedehydreerd zijn. Na dit bevestigd te hebben, was er de vraag hoe dit komt. Om water verlies te voorkomen reguleren planten de sluiting van hun huidmondjes met behulp van het hormoon ABA. Oudere bladeren vertoonde in tegenstelling tot de verwachting een goede activatie van de ABA-regulering. Ook was er geen verschil in de productie van ABA zelf. Maar in planten die ongevoelig waren voor ABA reageerde de jonge bladeren op een vergelijkbare wijze op dehydratie als de oude bladeren na een overstroming. Dit suggereert dat oude bladeren minder gevoelig zijn voor ABA, dit zorgt ervoor dat ze minder goed kunnen voorkomen dat hun huidmondjes sluiten bij droogte.

Foutief gevouwen eiwitten

Een ander ding dat de onderzoekers opviel was dat wanneer ze keken naar de genen die actief waren tijdens en na de overstroming was de activiteit van genen die reageren op een ophoping van foutief gevouwen eiwitten. Deze genen waren voornamelijk actief in jonge bladeren. Hierdoor verwachte de onderzoekers een grotere ophoping van foutief gevouwen eiwitten in jonge bladeren. Maar dat bleek niet het geval. Jonge en oude bladeren hadden ongeveer eenzelfde toename aan foutief gevouwen eiwitten. Maar, terwijl jonge bladeren processen in gang zette om dit op te lossen, deden oudere bladeren dit niet. Met als gevolg grotere schade in oude bladeren.

Dit duidt allemaal waarom oudere bladeren sneller doodgaan en geeft ook aanwijzingen geeft voor veredelaars om planten minder overstromingsgevoelig te maken. Toch is het denk ik ook belangrijk om een ander feit te onthouden. Het afsterven van die oude bladeren na een overstroming gebeurt op een gecontroleerde manier, vergelijkbaar met het afsterven van bladeren in de herfst. Dit geeft herstellende planten de mogelijkheid om voedingstoffen vrij te maken om jonge en ontwikkelende bladeren en wortels te ondersteunen. Iets wat de plant de tijd geeft om nieuwe gezonde bladeren te groeien en de fotosynthese weer op te starten.

Literatuur

Tom Rankenberg, Maria Angelica Sanclemente, Hongtao Zhang, Hendrika ACF Leeggangers, Omar Orozco-Granados, Muthanna Biddanda Devaiah, Janet Rong Chao, Hans van Veen, Frederica L Theodoulou, Rashmi Sasidharan, Distinct processes contributing to post-submergence recovery determine leaf age-specific flood resilience in Arabidopsis, Plant Physiology, 2026;, kiag317, https://doi.org/10.1093/plphys/kiag317

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.