Deciphering stress reactions

Deciphering stress reactions

At first glance a plants reaction to many stressors appear to be identical. Still each stressor elicit a specific response. Now German researchers show in Nature using light-gated calcium and anion channels that the difference is in the tiniest detail of the reaction.

In studies with animal cells, researchers are using them for some time. Light sensitive proteins, that enable researchers to use light signal tell cells what to do. But recently researchers figured out how to use them to study plants without interfering with normal plant growth.

For the recently published study the researchers used two light sensitive channels. The first channel, XXM, allows by green light calcium ions into the cell. The second channel, ARC1, allows by green light anion ions out of the cell. Both cause an electric current to move over the cell membrane.

The effect that both light sensitive channels have on the plants is completely different. The leaves, of plants in which XXM is turned on, die. This the researchers could prevent by giving the plant a calcium ion binding substance. In contrast, the leaves, of plants is which ARC1 is turned on, wilt as if they did not got enough water. Turning off the green light allowed the plants to recover.

Minute differences in initial stress responses cause different reactions

Subsequently the researchers measured the amount of stress hormones the plant produces. In plants in which XXM in turned on, jasmonic acid and salicylic acid were more abundant. Both hormones are involved in the regulation of pathogen defence. In plants in which ARC1 is turned on the drought response hormone, ABA, is more abundant.

Finaly the researchers analysed which genes were turned on or off as a result of the turning on one of the light sensitive channels. This, it turned out, were a lot. Detailed analysis confirmed the earlier findings: the combination of a membrane current and increased calcium concentration activates pathogen responses. While is there only a membrane current, then drought stress reaction is activated.

With this study the researchers have taken the first step in the deciphering of how a plant knows which stress response to activate. Up till now the initial response appeared to be identical, but through use of these two light sensitive channels the researchers show that there are minute differences. In this study the light signal the researchers used activated the light sensitive channels in the whole plant. But in future studies the light signal can be focussed on a few cells, the researchers say, so they might study local effects.

Literature

Ding, M., Zhou, Y., Becker, D. et al. Probing plant signal processing optogenetically by two channelrhodopsins. Nature (2024). https://doi.org/10.1038/s41586-024-07884-1

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

Stress reacties ontrafelen

Stress reacties ontrafelen

Op het oog lijken de eerste reacties van een plant op veel soorten stress op elkaar. Toch krijgt elke stress soort een specifieke reactie. Nu laten Duitse onderzoekers in Nature met behulp van licht geschakelde calcium en anion kanalen zien dat het verschil hem in de kleinste details zit.

Voor onderzoek met dierlijke cellen gebruiken onderzoeker ze al een tijdje. Lichtgevoelige eiwitten die het mogelijk maken om een cel instructies te geven met licht signalen. Maar recentelijk zijn onderzoekers er ook achter hoe ze in te zetten in planten, zonder de groei van planten zelf te verstoren.

Voor het recent verschenen onderzoek gebruikte de onderzoekers twee lichtgevoelige kanalen. Het ene kanaal, XXM, laat bij groen licht calcium ionen de cel binnen. Het andere kanaal, ACR1, laat bij groen licht negatief ionen de cel uitgaan. En beide zorgen dat over het celmembraan een stroompje loopt.

Het effect die XXM en ARC1 hebben op de planten waar ze in zitten is totaal anders. Bij planten waarbij XXM aanstaat gaan de bladeren dood. Dit konden de onderzoekers onderdrukken door de plant een calciumionbindende stof te geven. Daarentegen gingen de bladeren slap hangen van planten waarbij ACR1 aanstaat, alsof ze te weinig water hadden. Schakelede de onderzoekers het groene licht uit dan herstelde de balderen van ARC1 bevattende planten zich weer.

Minieme verschillen in de reactie op stress resulteren in verschillende acties

Vervolgens maten de onderzoekers de hoeveelheid stress hormoon die de platen aanmaakten. Voor planten waarbij XXM aanstaat was er meer jasmijnzuur en salicylzuur aanwezig, beide hormonen zijn betrokken bij het aansturen van de verdediging tegen ziektemakers. Maar in planten waarbij ARC1 aanstaat maten de onderzoekers meer ABA, een hormoon dat de reactie op water tekort aanstuurt.

Als laatste analyseerde de onderzoekers welke genen aan of uitgaan na aanleiding van het aanschakelen van een van de twee lichtgevoelige kanalen. Dit bleken er een hele boel te zijn, Gedetailleerd uitpluizen bevestigde het beeld dat de onderzoekers van de eerdere analyses hadden gekregen: de combinatie van membraam stroompje en verhoogde calcium concentratie zet de reactie op ziektemakers in gang. Terwijl alleen een membraam stroompje een reactie op droogte aanzet.

Met dit onderzoek hebben de onderzoekers de eerste stap gezet in het ontrafelen van hoe de plant weet welke stress reactie aan te zetten. De allereerste reacties leken tot nu toe precies het zelfde te zijn, maar door het gebruik van twee licht gevoelige kanalen laten de onderzoekers zien dat ze toch minieme verschillen vertonen. In dit onderzoek gebruikte de onderzoekers nog een plant overkoepelend licht signaal. Maar in de toekomst zeggen de onderzoekers ook zal dit licht signaal meer gefocust zijn op enkele cellen om bijvoorbeeld lokale effecten te bestuderen.

Literatuur

Ding, M., Zhou, Y., Becker, D. et al. Probing plant signal processing optogenetically by two channelrhodopsins. Nature (2024). https://doi.org/10.1038/s41586-024-07884-1

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.

Cool buds

Cool buds

Sometimes plants are too hot. Especially pollen development is heat sensitive. But, as Dutch researchers show in a Preprint, plants have found a way around.

When pollen develop during a heatwave they are often not viable. With as result: lower fertility. But fortunately plants have found a solution, they cool their flower buds during hot weather. The researchers studied how the plant does this, and if it works.

First they measured the temperature inside and outside tomato flower buds. They observed that when the outside temperature gets above 26°C the temperature inside the flower bud does not keep up. This temperature difference increased to 2 degrees when the outside temperature got to 34°C.

To find out how the plant keeps their buds cool, the researchers closed of the flower bud stomata. This resulted in a smaller temperature difference between the inside and outside of the flower buds. The confirmation that a plant cools its flower buds via its stomata came from a tomato plant that could not close its stomata. The buds of these plants were even cooler during hot conditions that that of plants that could close their stomata. In addition, the plants that could not close their stomata were also more fertile during a heatwave.

Tomato plants with cooler bust grow more tomato’s

Subsequently the researchers found a tomato variety that has natural better flower bud cooling. They noticed that this cool bud variant had a higher heat tolerance. Where his not so cool brothers got infertile at 32C, this cool bud variant could hold it out till 33C.

The cool bud variant also turned out to cool its flower buds by opening its stomata. But, importantly, it could do this independently from the stomata in its leaves.

That this also is an advantage in real life the researchers found out while growing the cool bud tomato variant in Spain during a heatwave. The cool bud variant grew more tomato’s than its not so cool brothers.

Literature

Martijn J. Jansen, Stuart Y. Jansma, Klaske M. Kuipers, Wim H. Vriezen, Frank F. Millenaar, Teresa Montoro, Carolien G.F. de Kovel, Fred A. van Eeuwijk, Eric J.W. Visser, Ivo Rieu (2024) Flower bud cooling protects pollen development and improves fertility during heatwaves. bioRxiv 2024.08.18.608441; doi: https://doi.org/10.1101/2024.08.18.608441

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

Koele knoppen

Koele knoppen

Voor planten is het soms te warm. Vooral stuifmeel is hitte gevoelig. Maar daar hebben planten wat op bedacht, zo laten Nijmeegse onderzoekers in een Preprint zien.

Als stuifmeel zich tijdens een hittegolf vormt, dan is het vaak helaas niet levensvatbaar. Met als resultaat: verminderde bevruchting. Gelukkig lijken planten daar wat op gevonden, ze koelen hun bloemknoppen bij heet weer. De onderzoekers zochten uit of en hoe dat werkt.

Het eerste wat ze deden was de temperatuur meten binnen en buiten tomatenbloemknoppen. Zo zagen ze dat boven de 26°C de temperatuur in de knop lager is dan buiten de knop. Dit liep op tot 2 graden verschil bij een buitentemperatuur van 34°C.

Om te ontdekken hoe de planten hun knoppen koelden sloten de onderzoekers de huidmondjes. Dit bleek het verschil in temperatuur tussen binnen en buiten de knop te verkleinen. De bevestiging kwam van een tomatenplant die z’n huidmondjes niet kon sluiten. De knoppen van deze plant waren zelfs nog koeler bij hitte dan van planten die hun huidmondjes wel kunnen sluiten. Daarnaast bleken planten die hun huidmondjes niet konden sluiten vruchtbaarder tijdens een hittegolf.

Aan tomatenplanten met koelere knoppen groeien meer tomaten

Vervolgens vonden de onderzoekers een tomaten variant die van nature betere bloemknoppen koeling heeft. Hierbij zagen ze dat de koele knoppen variant een hogere hitte tolerantie had. Waar z’n niet koele broertjes al bij 32°C onvruchtbaar werden, was deze koele knoppen variant dat pas bij 33°C.

Ook de koele knoppen variant bleek z’n knoppen te koelen door z’n huidmondjes open te zetten. En nog belangrijker, deed dit onafhankelijk van de opening van z’n huidmondjes in z’n bladeren.

Dat dit in de praktijk ook voordeel oplevert zagen de onderzoekers toen ze de tomaten planten in Spanje tijdens een hittegolf groeide. De koele knoppen variant groeide meer tomaten dan z’n niet koele broertjes.

Literatuur

Martijn J. Jansen, Stuart Y. Jansma, Klaske M. Kuipers, Wim H. Vriezen, Frank F. Millenaar, Teresa Montoro, Carolien G.F. de Kovel, Fred A. van Eeuwijk, Eric J.W. Visser, Ivo Rieu (2024) Flower bud cooling protects pollen development and improves fertility during heatwaves. bioRxiv 2024.08.18.608441; doi: https://doi.org/10.1101/2024.08.18.608441 

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.