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.

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.