Getting a little salt tolerance

Getting a little salt tolerance

Like I mentioned last week I like it when plants find a way against all odds. It is not just the perseverance and adaption. But also, that we can learn something from how those pioneering plants manage to survive against all odds.

Take for example plants growing in saline conditions. Plants, like all organisms, don’t like to much salt. But if the seed you germinated from was dropped on salty soil, you better learn to deal with it. This is what Spanish and French researchers show in a newly published article “Parallel evolution of salinity tolerance in Arabidopsis thaliana accessions from Cape Verde Islands”.

They set out with the question what strategies do Arabidopsis plants (tale cress) growing on the salty soils of the Cape Verde Islands use. They specifically looked at how the metabolites the Cape Verde Islands plants accumulated differ from those in the standard lab variety of Arabidopsis.

A metabolite for salt tolerance

One unknown metabolite stood out. The researchers named it U2746. And after further characterising it, the researchers concluded that U2746 is most likely an ether-linked glucuronyl-mannose. Arabidopsis plants from the Cape Verde Islands accumulated more of it.

The question was if more U2746 results in a better tolerance to salty soils. To test this, researchers grew Cape Verde Islands Arabidopsis and lab standard Arabidopsis under normal and salty conditions. Under normal conditions the researchers observed no difference in growth between the two Arabidopsis lines.

Growing in salty conditions, not only did the Cape Verde Islands Arabidopsis line germinate better than the lab line, they also had longer roots and where healthier. In other words, the Cape Verde Island Arabidopsis did better under salty conditions that the lab line.

Turned up twice

For breeders to make use of this trait they need to know which gene is responsible. After analysis this turned out to be GH38cv, an α-mannosidase. Plants with a defect GH38cv gene accumulated more U2746.

Zooming in on GH38cv in The Cape Verde Islands Arabidopsis plants the researchers found that there were three versions of GH38cv. One with an active gene. And two versions with an inactive gene, each developed on its own island. Evolution thus came up twice with this handy trick for salt tolerance.

How exactly more U2746 results in salt tolerance the researchers don’t know. Although they have some theories. The first one is that U2746 like other sugary metabolites functions as an osmolyte, thereby increasing the ability of the plant to take up water, and protecting its membranes against damage.

The second option is that because the accumulation of U2746 comes at a cost of less glucuronic acid, a cell wall component, it results in an altered cell wall which might affect salt tolerance. A third option is that U2746 functions as a signalling molecule. But there are no clear indicators for which of the three options are the cause of the salt tolerance. So as always more research is needed.

Literature

Félix J. Martínez Rivas et al., Parallel evolution of salinity tolerance in Arabidopsis thaliana accessions from Cape Verde Islands.Sci. Adv.11,eadq8210(2025). https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adq8210   

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

Een beetje zout tolerant worden

Een beetje zout tolerant worden

Zoals ik vorige week zei, ik hou ervan dat planten een weg vinden ondanks alles. Het is niet alleen de volharding en aanpassingsvermogen. Maar ook dat in dat we er wat van kunnen leren van hoe deze pionierende planten ondanks alles overleven.

Neem als voorbeeld planten die in een zilte omgeving groeien. Planten, net als alle organismen, houden niet van te veel zout. Maar als je zaad waaruit je ontkiemd bent op een zilte ondergrond terecht kwam, dan heb je niet veel keus. Een van die aanpassingen laten Spaanse en Franse onderzoekers zien in nieuw gepubliceerd onderzoek “Parallel evolution of salinity tolerance in Arabidopsis thaliana accessions from Cape Verde Islands”.

De onderzoekers begonnen met de vraag welke strategieën passen Arabidopsis planten (zandraket) toe die groeien op de zoute gronden van de Kaapverdische eilanden. Hierbij keken de onderzoekers met namen naar een verschil in metabolieten tussen Kaapverdische en standard lab Arabidopsis.

Een metaboliet voor zout tolerantie

Een nog onbekend metaboliet viel op. De onderzoekers noemde dit metaboliet U2746. En na verdere bestudering concludeerde de onderzoekers dat U2746 hoogstwaarschijnlijk een ether-linked glucuronyl-mannose is.

De vraag was of meer U2746resulteerde in een verhoogde tolerantie voor zilte grond. Om dit te testen groeide de onderzoekers Kaapverdische en standaard lab Arabidopsis onder normale en zilte omstandigheden. Onder normale omstandigheden zagen de onderzoekers geen verschil in groei tussen de twee Arabidopsis lijnen.

Maar groeiend in zilte omstandigheden ontkiemde de Kaapverdische Arabidopsis niet alleen beter, ze hadden ook langere wortels en waren gezonder. In andere woorden, de Kaapverdische Arabidopsis lijn deed het onder zilte omstandigheden beter dan de standaard lab Arabidopsis.

Twee keer opgekomen

Om gebruik te maken van deze eigenschap is het voor veredelaars handig om te weten welk gen verantwoordelijk is. Na analyse bleek dit GH38cv te zijn, een α-mannosidase. In planten waarin dit gen niet werkt hoopt meer U2746 op.

Inzoomend op GH38cv van de Kaapverdische Arabidopsis planten ontdekte de onderzoekers dat deze drie versies van het gen konden hebben. Een daarvan was een werkend gen. Bij de twee andere versies werkte het gen niet, en waren elk van een ander eiland afkomstig. Evolutie is dus twee keer op dezelfde truc voor zout tolerantie gekomen.

Hoe precies meer U2746 resulteert in zout tolerantie, dat is nog niet helemaal duidelijk. De onderzoekers hebben drie mogelijke theorieën. De eerste is dat U2746 net als andere suikermetabolieten werkt als een osmolyt, het verhoogt daarmee de mogelijkheid van de plant om water op te nemen, en beschermt membranen tegen beschadiging.

De tweede optie is dat omdat de ophoping van U2746 met de kost van minder glucuronzuur, een onderdeel van de celwand, komt, dit resulteert in een veranderde samenstelling van de celwand en daarmee zout tolerantie verhoogt. De derde optie is dat U2746 een boodschapper is. Maar er is geen duidelijke indicatie welke van deze drie opties de rede is voor de zout tolerantie. Zoals altijd is er meer onderzoek nodig.

Literatuur

Félix J. Martínez Rivas et al., Parallel evolution of salinity tolerance in Arabidopsis thaliana accessions from Cape Verde Islands.Sci. Adv.11,eadq8210(2025). https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adq8210   

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.

Unequal inheritance

Unequal inheritance

Normally you get half of your chromosomes from your mum and the other half from your dad. With a diploid genome, in which of each chromosome there are only two copies, this is relatively easy. It gets more complicated when an organism as multiple genomes. But even then, all chromosomes form a pair. And when there are unexpectedly an uneven number of chromosomes, then no sexual reproduction takes place. The organism is sterile. But against all odds the dog rose, Rosa caninae, who has five copies of each chromosome, reproduces sexually. German and Czech researchers show in Nature hoe the dog rose manages this.

The first thing the researchers did was sequencing the dog rose’s genome. This showed the researchers that there were seven groups of five chromosomes. In each group two of the five chromosomes are for 99-100% identical. The other three are for 95-98% identical. There are therefore four subgenomes present, of which only one occurs as a diploid (twofold), and the other three as a haploid (singular).

Subsequently the researchers compared the dog rose genome with that of other roses. For this it is useful to know that roses genetically can be grouped in two groups. The Rosa group and the Synstylae group. Two of the subgenomes showed similarity with the in Synstylae grouped R. chinensis. The researchers gave those subgenomes the names S1 and S1, with S1 corresponding to the diploid subgenome. The other two subgenomes were coming from the in the Rosa group residing R. rugosa, and got the designation R3 and R4.

Pollen

During the reproduction of the dog rose 14 chromosomes form a pair, while the other 21 chromosomes stay single. This results in that dog rose gets seven chromosomes from his dad and 28 chromosomes from his mum. The researchers expected that those seven chromosomes it gets from its dad are coming from the S1 subgenome.

To confirm this the researchers studied the chromosomes present in the pollen. These contained seven chromosomes. All coming from subgenome S1. Confirming the hypothesis of the researchers.

The last question the researchers hoped to answers was: how does the dog rose makes sure that only chromosomes from S1 pair up and not for example those of S2 with S1. To investigate this the researchers studied the centromeres of the chromosomes. This is where the chromosomes come together, and form a kind of X.

A different structure

The researchers specifically looked at the parts of DNA that was repeated at the centromeres. Those repetitions can be split in two groups. One group with transposons, also called jumping genes. And a second group with tandem repeats.

They noticed that on the S1 and in a lesser extend on R4 chromosomes there were a lot of ATHILA type jumping genes. This was in contrast with S2, R3, and in a lesser extend R4 chromosomes which had more CANR4 tandem-repeats. The researchers speculate that the difference in centromere structure contributes to the disproportional inheritance of the subgenomes.

So even though dog rose has an uneven number of chromosomes it still manages to sexually reproduce itself. But it uses a trick. It only admits the subgenome that occurs in diploid in its pollen. The other three subgenomes are only inherited via mum.

Literature

Herklotz, V., Zhang, M., Nascimento, T. et al. Bimodal centromeres in pentaploid dogroses shed light on their unique meiosis. Nature 643, 148–157 (2025). https://doi.org/10.1038/s41586-025-09171-z

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

Ongelijke overerving

Ongelijke overerving

Normaal gesproken erf je de helft van je chromosomen van je moeder en de ander helft van je vader. In een diploïd genoom waar van elke chromosoom twee kopieën zijn is dit relatief eenvoudig. Ingewikkelder wordt het al als een organisme meerdere genomen heeft. Maar ook dan vormen alle chromosomen een paar. En als er onverhoopt toch een oneven aantal chromosomen zijn, dan vindt er geen seksuele overerving plaats. Het organisme is steriel. Toch lukt het de hondsroos, Rosa caninae, die vijf kopieën van elk chromosoom heeft om zich seksueel voort te planten. In Nature laten Duitse en Tsjechische onderzoeker zien hoe de hondsroos dat voor elkaar krijgt.

Het eerste wat de onderzoekers deden van het hondsroos genoom in kaart brengen. Hierbij zagen de onderzoekers dat er zeven groepen van vijf chromosomen zijn. In elke groep lijken twee van de vijf chromosomen 99 tot 100% op elkaar. De andere drie zijn 95 tot 98% identiek. Er zijn dus vier subgenomen, waarvan er maar een als een diploïd (tweevoudig), de andere drie als een haploïd (enkelvoudig) aanwezig zijn.

Vervolgens gingen de onderzoekers vergeleken de onderzoekers het genoom van de hondsroos met die van andere rozen. Hierbij is het handig om te weten dat rozen genetisch in twee groepen zijn gedeeld. De Rosa groep en de Synstylae groep. Twee van de subgenomen vertoonde grote overeenkomst met die van uit de Synstylae groep afkomstige R. chinensis. De onderzoekers duiden deze subgenomen aan met S1 en S2, waarbij S1 het in diploïd voorkomende subgenoom is. De andere twee subgenomen bleken afkomstig van de uit de Rosa groep afkomstige R. rugosa, en kregen de aanduiding R3 en R4.

Stuifmeelkorrels

Tijdens de voortplanting van de hondsroos vormen 14 chromosomen een paar, terwijl de andere 21 chromosomen alleen blijven. Uiteindelijk krijgt de hondsroos 7 chromosomen van z’n vader en 28 chromosomen van z’n moeder. De onderzoekers vermoede dat de 7 chromosomen die de hondsroos van z’n vader krijgt afkomstig zijn van het S1 subgenoom.

Om dit te bevestigen bestudeerde de onderzoekers de aanwezige chromosomen in stuifmeelkorrels. Deze bleken zeven chromosomen te bevatten. Deze chromosomen waren allen afkomstig van het subgenoom S1. En bevestigde het vermoeden van de onderzoekers.

De laatste vraag die de onderzoekers hadden was: hoe zorgt de hondsroos ervoor dat er alleen paarvorming tussen de S1 chromosomen plaats vindt en niet tussen zeg S1 en S2. Om dit te onderzoeken bestudeerde de onderzoeker de centromeren van de chromosomen. Dit is waar de chromosomen bij elkaar komen, en zo een soort van X vormen.

Andere structuur

Specifiek keken de onderzoekers naar stukken DNA die in veelvoud op de centromeren aanwezig is. Die herhalingen zijn op te splitsen in twee groepen. Een groep met transposons, ook wel springende genen genoemd. En een tweede groep met tandem-herhalingen.

Wat opviel was dat in de S1 en in mindere mate R4 chromosomen er veel ATHILA type springende genen aanwezig waren. Dit in tegenstelling tot S2, R3, en in mindere mate R4 chromosomen. Daar waren juist meer CANR4 tandem-herhalingen aanwezig. De onderzoekers speculeren dat verschil in centromeer structuur bijdraagt aan het onevenredig overerven van de subgenomen.

Dus ondanks de aanwezigheid van een oneven aantal chromosomen lukt het de hondsroos om zich voort te planten. Hiervoor past het wel een truck toe. Het laat alleen het subgenoom dat in tweevoud voorkomt toe in de stuifmeelkorrels. De andere drie subgenomen krijgen de nakomelingen van hun moeder.

Literatuur

Herklotz, V., Zhang, M., Nascimento, T. et al. Bimodal centromeres in pentaploid dogroses shed light on their unique meiosis. Nature 643, 148–157 (2025). https://doi.org/10.1038/s41586-025-09171-z

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.