Organelle variation

Organelle variation

Often we assume that genes responsible for phenotypic variation resides in the nuclear genome. Now a group of international researchers show in PNAS that also genes located in organelles are contributing to phenotypic variation.

Organelles like mitochondria and chloroplasts contain genetic material, remnants of ancient symbiotic ancestors. Genes essential for function of the organelles that did not find a place in the genome. The researchers decided to study the influence of the organelle genetic material on photosynthetic activity in more detail.

First they analysed the actual amount of variation in organelle DNA. This they did through comparing the DNA sequence of 1541 different tale cress variations. The researchers noticed that there was a similar number of mitochondria variants as there were tale cress variants. While there were about 4 times as much chloroplast variants as there were mitochondria variants.

Organellair genetic variation contributes to photosynthetic efficiency

Subsequently the researchers studied the influence of the chloroplast and mitochondria DNA on photosynthesis. In order to do this they combined 53 chloroplast/mitochondria DNA variants with 4 genome variations. Resulting in a population of 232 plants.

Those 232 plants the researchers grew in three different environments. Whereby they varied temperature and daylength. They noticed that the observed contribution of the organelle DNA on photosynthesis was strongly dependent on the growth conditions of the plant.

There was for example one variant, Bur-0, which in two of the three growth conditions did not stand out from the rest. But in an environment with strong fluctuating light Bur-0 quicker adapted to the change from hight to low light intensity, like when a cloud suddenly covers the sun.

Organelle genetic material like that of mitochondria and chloroplast, thus contributes to differences seen in photosynthetic capacity. Not only in specific circumstances like the situation described above. But also more in general. The genetic variation of organelles can therefore be an important contributor for improving crops.

Literature

T.P.J.M. Theeuwen, et al., (2024) Species-wide inventory of Arabidopsis thaliana organellar variation reveals ample phenotypic variation for photosynthetic performance, Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 121 (49) e2414024121, https://doi.org/10.1073/pnas.2414024121.

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

Organellaire variatie

Organellaire variatie

We gaan er vaak vanuit dat genen die verantwoordelijk zijn voor fenotypische variatie zich in de celkern gelokaliseerde genoom zitten. Nu laten een groep van internationale onderzoekers in PNAS zien dat ook genen in organellen bijdragen aan fenotypische variatie.

Organellen zoals mitochondriën en chloroplasten bevatten genetisch materiaal, overblijfselen van oude symbiotische voorlopers. Genen die essentieel zijn voor de werking van de organellen, maar die geen plek in het genoom vonden. De onderzoekers besloten de invloed van het organel genetisch materiaal op fotosynthese nader te bestuderen.

Als eerste gingen de onderzoekers na hoeveel variatie in organel DNA er eigenlijk was. Dit deden ze door de organel DNA volgorde van 1541 verschillende zandraket variaties met elkaar te vergelijken. Hierbij ontdekte de onderzoekers dat er bijna net zo veel verschillende mitochondria varianten als zandraket varianten zijn. Terwijl er ongeveer vier keer zo veel chloroplast varianten als mitochondria varianten zijn.

Organellaire genetische variatie draagt bij aan fotosynthese efficiëntie

Vervolgens onderzochten de onderzoekers de invloed van het chloroplast en mitochondria DNA op de fotosynthese. Hiervoor combineerde ze 53 chloroplast/mitochondria DNA variaties met 4 genoom variaties. Dit resulteerde uiteindelijk in een populatie van 232 planten.

Die 232 planten groeide de onderzoekers onder drie verschillende condities. Waar ze de temperatuur en de daglengte varieerde. Wat opviel dat de waargenomen bijdrage van het organel DNA op de fotosynthese sterk afhing was van de condities waarin de planten groeide.

Zo was er bijvoorbeeld een variant, Bur-0, die in twee van de drie groeiomstandigheden niet opviel ten opzichte van de rest. Maar in een omgeving waarin de licht sterkte sterk fluctueerde paste Bur-0 zich sneller aan wanneer de plant opeens minder licht ontving, zoals wanneer een wolk voor de zon schuift.

Het genetisch materiaal in organellen zoals mitochondriën en chloroplasten dragen dus bij aan de verschil in fotosynthese. Niet alleen onder specifieke omstandigheden zoals in het voorbeeld hierboven. Maar ook in het algemeen. De genetische variatie van organellen kan daarom een belangrijke bijdrage leveren in het verbeteren van gewassen.

Literatuur

T.P.J.M. Theeuwen, et al., (2024) Species-wide inventory of Arabidopsis thaliana organellar variation reveals ample phenotypic variation for photosynthetic performance, Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 121 (49) e2414024121, https://doi.org/10.1073/pnas.2414024121.

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.

Shredding dead cells for protection

Shredding dead cells for protection

Interestingly microbes are not colonising the root tip. Now researchers show in eLife that is because the tip protecting root cap is actively shredding death cells.

Microbes are actively colonising plant roots. Except the growth centre containing tip of the root, which stays free of microbes. The root tip is surrounded by the root cap. Which consist of cells that die in a controlled manner and subsequently are released from the root. The researchers asked themselves how this controlled dying contributes to the protection of the growth centre against infection.

In order to study this the researchers turned to mutants in which the root cap cells did not die in an controlled manner. The roots of these plants have an untidy accumulation of dead cells along the outside of the root.

The shredding of dead cells deprives infecting fungi of nutrients

But especially noticeable was the increased infection by a good natured fungi. Normally this fungi induces extra root growth. But in the mutants while the fungus growth increased, it took longer for the benefits on root growth to kick in.

Closer studying of the growth of the fungus on the mutant roots showed that the fungus fed itself with the dead cells that still sticked to the root. Those cells gave the fungus extra nutrients.

Lastly the researchers studied the effect of the good natured fungus on the genes that regulate the controlled cell death. In presence of the fungus, those genes were less active.

It appears that the root cap cells protect the tip of the root from infection through the actively shredding of its dead cells. Preventing infecting microbes from getting easy nutrients at the root tip. At the same time the microbes actively try to influence the root cap cells to keep their dead sisters near, So that they can get a hold on the root via those dead cells.

Literature

Nyasha Charura, Ernesto Llamas, Concetta De Quattro, David Vilchez, Moritz K Nowack, and Alga Zuccaro (2024) Root cap cell corpse clearance limits microbial colonization in Arabidopsis thaliana. eLife 13:RP96266. https://doi.org/10.7554/eLife.96266.3

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

Dode cellen afwerpen voor bescherming

Dode cellen afwerpen voor bescherming

Eigenaardig genoeg koloniseren microben de punt van de wortel juist niet. Nu laten onderzoekers in eLife zien dat komt doordat de punt beschermende wortelmuts actief dode cellen afscheid.

Microben koloniseren planten wortels volop. Behalve de groeikern bevattende punt van de wortel, die blijft vrij van microben. Nu is de punt van de wortel omgeven met een wortelmutsje. Deze bestaat uit cellen die een gecontroleerd dood gaan en daarna afschilveren. De onderzoekers vroegen zich af hoe dit gecontroleerd afsteven bijdraagt aan het beschermen van de groeikern tegen infectie.

Om dit te onderzoeken bestudeerde de onderzoekers mutanten waarbij wortelmutjescellen niet gecontroleerd sterven. De wortels van deze planten hebben een slordige ophoping van dode cellen langs de buitenkant van de wortel.

Afscheiding van dode cellen ontneemt voeding van infecterende schimmels

Maar opvallend was dat een goedaardige schimmel de wortels van de mutanten veel meer infecteerde. Normaal gesproken zorgt deze goedaardige schimmel onder andere voor extra wortelgroei. Maar in de mutanten groeide de schimmel langer door voordat de gunstige effecten op de infectie op de wortelgroei begonnen.

Bij nader bestudering van de schimmel groei in de wortels van de mutanten zagen de onderzoekers dat de schimmel zich te goed deed aan de dode cellen die nog aan de wortel vast zaten. Die cellen gaven de schimmel extra voedingstoffen.

Ook bestudeerde de onderzoekers het effect van de goedaardige schimmel op genen die de gecontroleerde dood van wortelmutjescellen regelen. In aanwezigheid van de schimmel dimde de activiteit van deze genen.

Het lijkt er dus op dat wortelmutjescellen de punt van de wortel beschermen tegen infectie door hun dode cellen af te werpen. Hierdoor hebben infecterende microben geen voedingstoffen bij de punt van de wortel. Tegelijkertijd proberen microben de wortelmutsjescellen te beïnvloeden door dit juist niet te doen, om zo via dode cellen een houvast te krijgen op de wortel.

Literatuur

Nyasha Charura, Ernesto Llamas, Concetta De Quattro, David Vilchez, Moritz K Nowack, and Alga Zuccaro (2024) Root cap cell corpse clearance limits microbial colonization in Arabidopsis thaliana. eLife 13:RP96266. https://doi.org/10.7554/eLife.96266.3

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.