Blushing flowers

Blushing flowers

Some flowers shift colour after pollination. In this way they signal to pollinators here is nothing more to get. Now Chinese and American researches discovered which gene is regulating this in Lotus species.

The flowers of Lotus japonicus and Lotus filicaulis are both yellow. Only one of those, L. filicaulis, colours a blushing orange-red after pollination. Steering the pollinators to the yellow not-pollinated flowers. Resulting in a higher pollination efficiency. But how the plants exactly regulate their colour change was still unknown.

To find out the researchers first studied which metabolites were involved. They found that both the yellow and the orange-red was coming from anthocyanins.

Gen activator PAP1 lets L. filicaulis blush after pollination

Subsequently the researchers studied the genes responsible for the production of anthocyanins. They noticed that after pollination some of the anthocyanin production genes that were turned on in L. filicaulis did not turn on in L. japonicus. In addition the researchers checked if the anthocyanin production genes of L. japonicus produced functional enzymes. Here they found no problems.

Because there was nothing wrong with the production of anthocyanin in L. japonicus, the researchers studied the gene that activate the anthocyanin production genes. One of these, PAP1, stood out. This gene was more activated after pollination. Not only in L. filicaulis but also in L. japonicus, although at a slightly lower intensity. It did not completely explain why the production of anthocyanins did not start after pollination in L. japonicus.

To be sure that they had the correct gene, the researchers turned PAP1 off in L. filicaulis. The flowers of PAP1 missing plants did not blush after pollination. Showing that PAP1 was indeed activating the anthocyanin production after pollination.

A mutation hinders the translation of the PAP1 gene in L. japonicus

Leaving the question of why the PAP1 gene was not doing its job in L. japonicus. To investigate this the researchers studied the nucleotide order of PAP1. Thereby the found two differences at the start of the gene. The first difference, a C versus a G, did not appear to do anything. The second difference, a T versus a G did. It was laying in the ATG start codon.

The AGG in L. japonicus means that the plant was not translating the gene correctly into its protein. This could have different reasons. It can be that the protein translation starts later, resulting in that the protein could not regulate other genes anymore. Or it could be, as the researchers suspect, that the gene is translated into its protein, but at verry inefficiently so.

Whatever the reason, in the end it means that less anthocyanin producing enzymes are working in L. japonicus. As a result L. japonicus cannot blush after pollination.

Literature

Gao, R., Li, Y., Shan, X., Wang, Y., Yang, S., Ma, S., Xia, Z., Zheng, H., Wei, C., Tong, L., Qin, J., Gao, X. and Cronk, Q. (2024), A single nucleotide polymorphism affects protein translation and leads to post-anthesis color change variation in closely related Lotus species. Plant J. https://doi.org/10.1111/tpj.17188

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

Blozende bloemen

Blozende bloemen

Sommige bloemen verschieten van kleur na bevruchting. Zo laten ze bestuivers weten dat er bij hun niets meer te halen valt. Nu hebben Chinese en Amerikaanse onderzoekers ontdekt welk gen dit in Lotus soorten dit regelt.

De bloemen van Lotus japonicus en Lotus filicaulis zijn beide geel van kleur. Alleen na betuiving  kleuren die van L. filicaulis een blozend oranjerood. Zo sturen ze bestuivers naar de gele, nog te bevruchte, bloemen. Het zorgt voor een hoger bevruchtingspercentage. Maar hoe de plant die verkleuring precies regelt was nog onbekend.

Om dit uit te zoeken analyseerde de onderzoekers eerst de kleurstoffen in de bloemen. Zo kwamen ze erachter dat zowel het geel als de oranjerode kleurstoffen afkomstig zijn van anthocyanen.  

Gen aanzetter PAP1 laat L. filicaulis bloemen na bestuiving blozen

Vervolgens bestudeerde de onderzoekers de genen die verantwoordelijk zijn voor de productie van die anthocyanen. Het eerste wat opviel was dat in L. japonicus na bestuiving een aantal van de anthocyaan productie genen niet aangingen die in L. filicaulis wel aangingen. Daarnaast testte de onderzoekers of de desbetreffende genen functionele enzymen produceren in L. japonicus. Hier bleken er geen problemen te zijn.

Omdat met de productie van anthocyanen in L. Japonicus niks mis was bestudeerde de onderzoekers de genen die die productie aan zetten. Een daarvan PAP1 viel daarbij op. Dit gen stond meer aan na de bestuiving. Niet alleen in L. filicaulis maar ook in L. japonicus, al was dat wel op een iets lager pitje. Het verklaarde dus nog niet helemaal waarom de productie van anthocyaan in L. japonicus niet opgang komt na de bestuiving.

Om daarom er zeker van te zijn dat ze het juiste gen te pakken hadden schakelde de onderzoekers PAP1 in J. filicaulis uit. De bloemen van deze PAP1 loze planten gingen na bevruchting niet blozen. PAP1 reguleerde dus dat de anthocyaan productie na de bevruchting op gang komt.

Door een mutatie kan L. japonicus z’n PAP1 gen niet goed in een eiwit vertalen

Wat overbleef was de vraag waarom het PAP1 gen in L. japonicus z’n werk niet goed deed. Om dit te onderzoeken doken de onderzoekers in de nucleotide volgorde van PAP1. Daarbij vonden ze twee verschillen helemaal aan het begin van het gen. Het eerste verschil, een G versus een C bleek niks uit te maken. Maar het tweede verschil een T versus een G wel. Die lag net in het ATG start codon.

De AGG in L. japonicus betekende dat de plant het gen niet goed in een eiwit vertaalde. Dit kan verschillende oorzaken hebben. Het kan zijn dat het eiwit later start, waardoor, zo bleek het andere genen niet goed reguleert. Maar het kan ook zijn, vermoeden de onderzoekers, dat de plant het gen wel in een eiwit vertaalt maar dan wel in heel lage hoeveelheden.

Wat de rede ook mag zijn, de uitkomst is dat er minder anthocyaan producerende enzymen in L. japonicus aan het werk zijn. Daardoor kan L. japonicus niet blozen na een bevruchting.

Literatuur

Gao, R., Li, Y., Shan, X., Wang, Y., Yang, S., Ma, S., Xia, Z., Zheng, H., Wei, C., Tong, L., Qin, J., Gao, X. and Cronk, Q. (2024), A single nucleotide polymorphism affects protein translation and leads to post-anthesis color change variation in closely related Lotus species. Plant J. https://doi.org/10.1111/tpj.17188

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.

Extra protection

Extra protection

To prevent that everything and everyone can just entre plant roots have an extra lignin layer to protect  their vascular tissue. But lots of plants have in addition to this protecting ring another barrier. Now a group of international researchers show in Nature Plants how plants are regulating this barrier.

Plant roots contain multiple cell layers. In the middle is the vascular tissue which transport nutrients and water to the rest of the plant. The first layer surrounding the vascular tissue is the endodermis, followed by one or multiple layers of cortex cells. Those are surrounded by a layer of exodermis cells and the epidermis. Some plants, like tale cress, are missing the exodermis layer.

To prevent that everything can access the vascular tissue the epidermis cells form a protective layer, the so called Casparian strip. This is a ring of polymerised lignin through the middle of epidermis cells. Shielding the vascular tissue from the outside world. But plants like tomato plants, that also have an exodermis, also have another barrier. Over this barrier is less known. That the researchers decided to change.

Plants regulate their polar lignin cap independent of their Casparian strip

First they analysed the exact location of this barrier. They did this through using a colouring that stains lignin. Using this the researchers noticed that the side of exodermis cells that border the epidermis have a thicker lignin layer. In older exodermis cells also the side of the exodermis cells, which border other exodermis cells also have a thicker lignin layer. But the sides that borders the cortex cells is free of this extra lignin. The researchers named this barrier the polar lignin cap.

Subsequently the researchers set out to find which genes regulated the forming of the polar lignin cap. Firstly they analysed mutants of genes known to be involved in forming the Casparian strip. But all these mutants still had a normal polar lignin cap.

The researchers then turned their attention to the genes that were activated in exodermis cells. Two genes stood out. The first was EXO1, a gene activator. Plants that produced more of this gene activator had a thinner polar lignin cap. While plants without EXO1 also had a thick lignin layer between the cortex and exodermis cells.

Just like the Casparian strip, the polar lignin cap is stopping ions from entering

The second gene was SCZ, a gene that helps cortex cells to give their identity. The roots of plants without SCZ have just as roots of EXO1 missing plants a thicker lignin barrier between the cortex and exodermis cells. It appears that in tomato plants EXO1 and SCZ are together responsible for the regulation of the polar lignin cap.

Lastly the researchers tested how well the polar lignin cap works. Hereby the analysed the ion uptake in plants missing either the Casparian strip or the polar lignin cap. Both barriers stop ions, but the Casparian strip a little better than the polar lignin cap.

The discovery that plants regulate the polar lignin cap separately from their Casparian strip gives opportunities. It suggests that it is possible for the plant to adjust their polar lignin cap to the demands of their environment.

Literature

Manzano, C., Morimoto, K.W., Shaar-Moshe, L. et al. Regulation and function of a polarly localized lignin barrier in the exodermis. Nat. Plants (2024). https://doi.org/10.1038/s41477-024-01864-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

Extra bescherming

Extra bescherming

Om te voorkomen dat alles en iedereen zomaar binnen kan komen hebben plantenwortels een extra lignine laag om hun vaatbundels te beschermen. Maar veel planten hebben naast deze beschermende ring nog een barrière. Nu laten een groep van internationale onderzoekers in Nature Plants zien hoe de plant deze barrière reguleert.

Plantenwortels zijn opgebouwd uit meerdere cellagen. In het midden zitten de vaatbundels die voedingsstoffen en water transporteren naar de rest van de plant. De eerste laag daar omheen is de endodermis, gevolgd door een of meerder lagen van cortex cellen. Die zijn weer omringt door de exodermis en epidermis. Sommige planten, zoals de zandraket missen de exodermis laag.

Om te voorkomen dat alles zomaar de vaatbundels kan bereiken maken de endodermiscellen een beschermende laag, de zogenaamd casparian strip. Dit is een ring van gepolymeriseerde lignine die dwars door de empidermiscellen heen loopt. En schermt zo de vaatbundels van de buitenwereld af. Maar planten zoals de tomatenplant met een exodermis laag hebben nog een barrière. Hierover is minder bekend. Dat besloten de onderzoekers te veranderen.

Planten vormen de polar lignine cap onafhankelijk van de casparian strip

Als eerste bestudeerde ze waar in planten deze laag precies was. Door een kleuring te gebruiken die lignine kleurt zagen de onderzoekers dat de kant van exodermiscellen die aan epidermiscellen grenzen een extra dikke laag lignine hebben. In oudere exodermiscellen hadden ook de zijkanten van de exodermiscellen, grenzend aan andere exodermiscellen een extra dikke lignine laag. Maar de kant die aan de cortexcellen grenst blijft gevrijwaard van extra lignine. Deze barrière noemde de onderzoekers de polar lignine cap.

Vervolgens gingen de onderzoekers na welke genen bij de regulering van de polar lignine cap betrokken zijn. Als eerste bestudeerde de onderzoekers mutanten zonder casparian strip. Maar al deze mutanten hadden nog steeds een normale polar lignine cap.

Vervolgens bestudeerde de onderzoekers welke genen aanstaan in de exodermiscellen. Daarbij vielen twee genen op. De eerste was EXO1, een gen aanzetter. Planten die meer van deze gen aanzetter hebben hadden een dunnere polar lignine cap. Terwijl planten zonder EXO1 ook een dikke lignine laag vormde tussen de cortex en exodermiscellen.

Net als de casparian strip houdt ook de polar lignine cap stoffen tegen

Het tweede gen dat opviel was SCZ, een gen dat helpt om cortexcellen hun identiteit te geven. De wortels van planten zonder SCZ hebben net als de wortels van EXO1 loze planten ook een dikke lignine barrière tussen de cortex en exodermis cellen. Het lijkt er dus op dar EXO1 en SCZ in tomaten samen verantwoordelijk zijn voor de regulatie van de polar lignine cap.

Als laatste testte de onderzoekers hoe goed de polar lignine cap werkt. Hierbij analyseerde ze de opnamen van verschillende ionen in planten die of de casparian strip miste of de polar lignine cap miste. Beide barrières hielden ionen tegen. Maar de casparian strip net iets meer de polar lignine cap.

De ontdekking dat planten de polar lignine cap afzonderlijk van de casparian strip reguleren geeft mogelijkheden. Het suggereert dat het mogelijk is voor de plant om de polar lignine cap aan te passen aan hun omgeving.

Literatuur

Manzano, C., Morimoto, K.W., Shaar-Moshe, L. et al. Regulation and function of a polarly localized lignin barrier in the exodermis. Nat. Plants (2024). https://doi.org/10.1038/s41477-024-01864-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.