Yellow leaves for more energy

Plant & zo

The science of plants and more

Yellow leaves for more energy

Optimal use of photosynthetic capacity, the capture of energy is of great importance for a higher crop yield. Knowing this, it is not strange that for a long time breeders were selecting for greener leaves. As greener leaves mean more photosynthetic capacity. But this is not the whole story. Greener leaves also let through less light, putting the lower leaves in de the shade. Not ideal for optimal photosynthesis. Now researchers from the Netherlands and China showed that actual selecting on yellower leaves can result in a plants optimal energy capture.

The amount of energy a leaf in theory can capture with photosynthesis depends on the amount of chlorophyl in the leaf. The greater the amount of chlorophyl, the more sunlight it can absorb, the bigger the photosynthesis capacity. And the greener the leaf. But that is the theory. To find out how this translates to a whole plant, the researchers compared plants with more or with less chlorophyl in their leaves.

Greener is not always automatically better

To do this the researchers measured the photosynthesis capacity, but also things like how much light a leaf absorbs, and which proteins they made. This enabled the researchers to conclude that extra green leaves actually don’t contribute that much extra. While having less chlorophyl had a clear effect, although which depended on the background of the plant.

The researchers noticed that plants with a lower amount of chlorophyl needed less protection against an overdose of sunlight. This saved energy. When the plant manages to use this saving for making more proteins that convert the captured sunlight into glucose, then these plants, in the end captured more energy.

Yellower leaves can mean a more profitable energy balance for the plant. In this way, a reduced chlorophyl level can result in an optimal use of its photosynthetic capacity. Making greener not always automatically better.

Literature

Z. Zhou, P.C. Struik, J. Gu, P.E.L. van der Putten, Z. Wang, X. Yin, and J. Yang (2023) Enhancing leaf photosynthesis from altered chlorophyll content requires optimal partitioning of nitrogen,Crop and Environment, https://doi.org/10.1016/j.crope.2023.02.001.

Gele bladeren voor meer energie

Plant & zo

Plantenwetenschap en meer

Gele bladeren voor meer energie

Voor een hoge gewasopbrengst is het optimaal benutten van fotosynthese, het vastleggen van energie, van groot belang. Het is dan ook niet vreemd dat men voor lange tijd selecteerde op groenere bladeren. Tenslotte hoe groener, hoe meer fotosynthese capaciteit. Toch is dit niet het hele verhaal. Groenere bladeren laten ook minder licht door, en zetten zo lagergelegen bladeren in de schaduw. Niet echt handig voor optimale fotosynthese. Nu hebben onderzoekers uit Nederland en China laten zien dat juist het selecteren op gelere bladeren kan resulteren in optimale energie vastlegging door de plant.

Hoeveel energie een blad theoretisch kan vastleggen met behulp van fotosynthese hangt af van hoeveel chlorofyl een blad heeft. Hoe meer chlorofyl, hoe meer zonlicht het kan absorberen, hoe groter de fotosynthese capaciteit. En ook hoe groener het blad. Maar dat is de theorie. Om uit te zoeken hoe dit vertaalt naar een hele plant vergeleken de onderzoekers planten die meer of juist minder chlorofyl hadden.

Groener is dus niet altijd beter

Om dit te analyseren maten de onderzoekers de fotosynthese capaciteit, maar ook dingen zoals hoeveel licht een blad opvangt, en welke eiwitten er aanwezig zijn. Hierbij ontdekte de onderzoekers dat extra groene bladeren eigenlijk niet zo heel veel extra bijdragen. Terwijl minder chlorofyl een duidelijk effect had. Al hing het effect af van de achtergrond van de plant.

De onderzoekers zagen in planten met een lagere hoeveelheid chlorofyl minder bescherming tegen een te veel aan zonlicht nodig hadden. Dit bespaarde juist energie. Lukte het om deze besparing om te zetten in meer eiwitten die het opgevangen zonlicht omzetten in glucose, dan legde deze planten onder de streep meer energie vast.

Gelere bladeren zorgen ervoor dat een plant voordelige uitkomt met z’n energiehuishouden. Zo kan een verminderde hoeveelheid chlorofyl toch zorgen voor een optimale benutting van fotosynthese. Groener is dus niet altijd beter.

Literatuur

Z. Zhou, P.C. Struik, J. Gu, P.E.L. van der Putten, Z. Wang, X. Yin, and J. Yang (2023) Enhancing leaf photosynthesis from altered chlorophyll content requires optimal partitioning of nitrogen,Crop and Environment, https://doi.org/10.1016/j.crope.2023.02.001.

Unique together

Plant & zo

The science of plants and more

Unique together

The regulation of genes is done for an important part by transcription factors. But which genes a transcription factor transcribes is strongly dependent on where it is. This allows a transcription factor to regulate different genes in different tissues. The big question is: How does it do this? Now researchers from the Netherlands and Germany showed that the unique composition of a transcription factor complex is determining which DNA-sequency it binds.

It was already known that which genes a transcription factor transcribes depends at least partly on the accessibility of the DNA. In addition, it was known that for regulating gene transcription, transcription factors often interact with other transcription factors. But how this interaction exactly result in the specific gene transcription was unknown.

In order to study this the researchers analysed the transcription factor FRUITFULL. During development FRUITFULL is present in specific tissue types. Two of these are the inflorescence meristem and the pistil. The researchers observed in each of these tissues where FRUITFULL binds to the DNA. This overlapped partly, but for a large part not. In each tissue FRUITFULL was regulating the transcription of a unique set of genes.

Like each lock has its own unique key

Subsequently the researchers analysed with which transcription factors FRUITFULL forms a complex, in the inflorescence meristem, and with which in the pistil. This showed that in the inflorescence meristem FRUITFULL is working together with SOC1. While in the pistil FRUITFULL works with AG, SEP1, SEP2, and SEP3. In addition, the researchers noticed that in both the inflorescence meristem and the pistil FRUITFULL is also interacting with other transcription factors.

Using the FRUITFULL-transcription factor dimers, the researchers analysed which DNA sequences they bind. This showed that, although each FRUITFULL-transcription factor dimer binds a CArG-box like motif, the specific DNA-sequence was for each FRUITFULL-transcription factor dimer unique. The researchers translated the DNA sequence to its three-dimensional form. This showed that each FRUITFULL-transcription factor dimer preferred a specific form.

These results suggest a unique form for each FRUITFULL-transcription factor dimer, one that exactly fits its preferred DNA sequence. Just like each lock has its own unique key. Working together with other transcription factors enables FRUITFULL to regulate a specific set of genes in each tissue.

Literature

van Mourik, H., Chen, P., Smaczniak, C., Boeren, S., Kaufmann, K., Bemer, M., Angenent, G. C., and Muio, J. M. (2023) Dual specificity and target gene selection by the MADS-domain protein FRUITFULL. Nature. Plants https://doi.org/10.1038/s41477-023-01351-x

Samen uniek

Plant & zo

Plantenwetenschap en meer

Samen uniek

Transcriptie factoren reguleren voor een belangrijkdeel de transcriptie van genen. Maar welke genen een transcriptie factor afleest is sterk afhankelijk van waar het zich bevindt. Zo kan een transcriptie factor een verschillende genen reguleren in verschillende soorten weefsels. De grote vraag is dan ook: Hoe krijgt een transcriptie factor dat voor elkaar? Nu hebben onderzoekers uit Nederland en Duitsland laten zien dat de unieke samenstelling van een transcriptie factor complex bepalend is voor de DNA-sequentie die het bindt.

Bekend was al dat welke genen een transcriptie factor reguleert voor een deel afhankelijk is van het bereikbare deel van het DNA. Daarnaast was bekend dat transcriptie factoren vaak met ander transcriptie factoren interacteren om samen gen transcriptie te reguleren. Maar hoe die interactie nu precies voor de specifieke gen transcriptie zorgde was nog onbekend.

Om dit te onderzoeken bestudeerde de onderzoekers het transcriptie factor FRUITFULL. Gedurende de ontwikkeling is FRUITFULL aanwezig in specifieke weefsels van de plant. Onder andere de bloemgroeikern en de stamper van de bloem. In elk van deze weefsels keken de onderzoekers waar FRUITFULL aan het DNA bindt. Voor een deel kwam dit overeen, maar voor een groot gedeelte ook niet. In elk weefsel zette FRUITFULL een unieke groep genen aan.

Zoals op elk slot een unieke sleutel heeft

Vervolgens analyseerde de onderzoekers met welke transcriptie factors FRUITFULL voornamelijk een complex vormt voor zowel de bloemgroeikern als voor de stamper. Dit liet zien dat in de bloemgroeikern FRUITFULL samenwerkte met SOC1. Terwijl in de stamper FRUITFULL samenwerkt met AG, SEP1, SEP2 en SEP3. Daarnaast zagen de onderzoekers dat FRUITFULL nog met een aantal ander transcriptie factors samenwerkt in zowel de bloemgroeikern als in de stamper.

Gebruikmakend van de FRUITFULL-transcriptie factor koppels bekeken de onderzoekers welke DNA-sequentie deze binden. Dit liet zien dat alhoewel alle FRUITFULL-transcriptie factor koppels een CArG-box motief binden, de specifieke DNA-volgorde was voor elk FRUITFULL-transcriptie factor koppels uniek. De onderzoekers vertaalde de DNA-volgorde in de drie dimensionale vorm van het DNA. Dit liet zien dat elk FRUITFULL koppel z’n voorkeur had voor een bepaalde vorm.

Deze resultaten suggereren dat elk FRUITFULL-transcriptie factor koppel een unieke vorm heeft die precies past op de vorm van de voorkeurs DNA-volgorde. Zoals op elk slot een unieke sleutel heeft. Door samen te werken met andere transcriptie factoren lukt het FRUITFULL om in elk weefsel een unieke zet van genen aan te reguleren.

Literatuur

van Mourik, H., Chen, P., Smaczniak, C., Boeren, S., Kaufmann, K., Bemer, M., Angenent, G. C., and Muio, J. M. (2023) Dual specificity and target gene selection by the MADS-domain protein FRUITFULL. Nature. Plantshttps://doi.org/10.1038/s41477-023-01351-x

%d bloggers like this: