Skewing roots

Skewing roots

Sometimes a study takes a different route than expected. Like the just in New Phytologist published study about phosphate and root skewing, that started as study towards tropism.

Tropism is the actively growing towards or away from a source. The clearest you see this for plants in relation to gravity. Place them on their sides, and they will adapt their growth so that their shoots grow upwards and their roots downwards. Salt- and phototropism also influence plant growth. The researchers decided to study the effect of phosphate, an essential nutrient for plants, on root growth. Hoping to answering the question if tropism also played a role.

With the first experiments this appeared to be the case. Growing Arabidopsis, tale cress, on a medium with a phosphate gradient, the roots would grow towards the highest concentration of phosphate, that was located left from the plant. Only when they switched the phosphate gradient around, so that the phosphate source was now on the right hand side, the roots were still growing towards the left. So apparently no phosphate tropism.

Is it effect really due to phosphate? To investigate this the researchers studied plants in which the uptake and the signalling reaction to phosphate is not working well. The roots of these plants growing at different phosphate concentrations were growing straight down. Subsequently the researchers studied a variant whose roots grow naturally skewed. The effect of phosphate on root skewing was even greater in these plants. Also how higher the phosphate, hoe stronger the so called phosphate-dependent skewing.

By influencing microtubulin phosphate gives roots a twits

But then what was going on? To investigate how the root growth skewered, the researchers studied the roots underneath a microscope. Normally the cells of the roots form neat files next to each other. But not in roots growing at high phosphate concentrations. There the root, and in line with that the root cells as well, turn anti clockwise. The cells are skewed, overlapping half the line next to them.

The twisting of the root cells can have multiple origins, but one of them lies in the cytoskeleton of the cell. To investigate if the cytoskeleton indeed has a role in this, the researchers blocked the breakdown of microtubules, one of the parts of the cytoskeleton. The roots of plants from which the breakdown of microtubules was blocked showed more leftward skewing. This effect was even more pronounced at higher phosphate concentrations.

How exactly phosphate is influencing microtubulin is not clear jet. But it is known that microtubulin consist out of multiple fibres, and then when the total is thirteen, it results in a non-twisted cable. But are there less than thirteen, then the cable twist clockwise, and by more than thirteen the cable turns counter clockwise.

In this way an analysis about tropism can end in a study about root twisting and microtubulin.

Literature

Sheng, H., Bouwmeester, H.J. and Munnik, T. (2024), Phosphate promotes Arabidopsis root skewing and circumnutation through reorganisation of the microtubule cytoskeleton. New Phytol. https://doi.org/10.1111/nph.20152

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

Scheefgroeiende wortels

Scheefgroeiende wortels

Soms nemen studies een andere wending dan gedacht. Het net in de New Phytologist gepubliceerde studie begon als een onderzoek naar tropisme maar eindigde in een studie over fosfaat en het scheefgroeien van wortels.

Tropisme is het actief naar of van een bepaalde bron groeien. Het duidelijkst zie je dit bij planten met betrekking van de zwaartekracht. Leg ze op hun zij en ze passen hun groei zo aan dat hun wortels weer naar beneden groeien en hun stengels weer naar boven. Ook zout- en zonlichttropisme beïnvloeden plantengroei. De onderzoekers besloten het effect van fosfaat, een essentiële voedingstof voor planten, op wortelgroei nader te onderzoeken, met de vraag of ook hier spraken was van tropisme.

In de eerste experimenten leek dit inderdaad zo te zijn. Groeide Arabidopsis, zandraket, planten op een voedingsbodem met een fosfaat gradiënt, dan groeide de wortels richting de hoogste fosfaat concentratie, dat zich links van de plant bevond. Alleen keerde ze de fosfaat gradiënt om, zodat de fosfaatbron nu aan de rechte kant zat, dan groeide de wortels nog steeds scheef de linkerkant op. Geen fosfaattropisme dus.

Door microtubulin te beïnvloeden geeft fosfaat wortels een draai

Komt het effect dan wel van fosfaat? Om dit te analyseren keken de onderzoekers naar planten waarbij de fosfaat opname en signalering niet goed werkt. De wortels van deze planten groeiend op verschillende fosfaatconcentraties groeide recht omlaag. Vervolgens onderzochten de onderzoekers of het fosfaat effect op de wortelscheefgroei ook aanwezig was bij een variant waarvan de wortels snel scheefgroeien. Dit bleek inderdaad zo te zijn. En hoe hoger de fosfaat concentratie, hoe sterker de zo genaamde fosfaat-afhankelijke scheefgroei.

Maar wat is er dan aan de hand? Om te onderzoeken hoe de wortel de scheefgroeit bestudeerde de onderzoekers de wortels onder de microscoop. Normaal gesproken liggen wortel cellen in nette rijen naast elkaar. Niet zo bij wortels groeiend bij hoge fosfaat concentraties. Daar vertoonde de wortel, en in het verlengde de wortelcellen een draai tegen de klok in. De cellen zaten scheef, half de rij ernaast overlappend.

De draaiing van wortel cellen kan meerdere oorzaken hebben, maar een daarvan in dat het in de cel aanwezige cytoskelet. Om dit te onderzoeken, blokkeerde de onderzoekers de afbraak van een microtubulin, een van de onderdelen van het cytoskelet. De wortels van planten waarbij de afbraak van microtublin geblokkeerd was groeide meer richting de linkerkant. Dit effect was groter bij hogere fosfaatconcentraties.

Hoe precies fosfaat microtubulin beïnvloed is nog onbekend. Wel is bekend dat microtubulin bestaat uit meerdere vezels, en dat wanneer dit er dertien zijn dit een niet-gedraaide kabel op levert. Zijn het er minder dan dertien dan draait de kabel met de klok mee, en bij meer dan dertien draait de kabel tegen de klok in.

Zo kan een onderzoek naar tropisme eindigen in een studie naar wortel draaiingen en microtubulin.

Literatuur

Sheng, H., Bouwmeester, H.J. and Munnik, T. (2024), Phosphate promotes Arabidopsis root skewing and circumnutation through reorganisation of the microtubule cytoskeleton. New Phytol. https://doi.org/10.1111/nph.20152

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.

Cold clock

Cold clock

Proteins are less quick in the cold. This is also the case for the proteins of the circadian clock. You would think the clock would get out of sync, but, as Japanese researchers show in Science Advances, the plant has found a way to deal with this.

The circadian clock consist out of tens if not hundreds of proteins, each forming a cog in the clockwork of the circadian clock. But in the cold these proteins are working less efficient. To prevent from getting out of sync the plant compensates for this with help of multiple proteins. The researchers found one of these compensating proteins.

But it all started with the analysis of clock mutants that are out of sync by higher or lower temperatures. In this way the researchers discovered that plants which are missing both the PPR5 and the TOC1 protein have a much shorter day at 25°C than at 12°C. Both proteins are turning clock genes off. In their absence some clock genes are longer active.

Less PPR5 and TOC1 at lower temperatures prevents the circadian clock from getting out of sync

To figure out why PRR5/TOC1 missing plants are so out of sync the researchers studied the effect of temperature on PPR5 and TOC1 proteins. Hereby they found that at a higher temperature PRR5 and TOC1 proteins are more active. This appear to be because at 28°C there was about 2 to 4 times more PPR5 and TOC1 than at 12°C. Blocking the cell protein degradation system subsequently showed that this was because when it is cold PRR5 and TOC1 are quicker degraded.

Now is the breakdown of proteins strictly regulated. The question was therefore, which protein regulates the breakdown of PPR5 and TOC1? This the researchers set to find out. From a binding study they discovered that lost of proteins bind to PPR5 or TOC1 but only two proteins bind to them both at 12°C. One of them stood out: KLP2, a protein from which it is known that it can mark other proteins for degradation.

LKP2 appeared to bind especially at low temperatures to PPR5 and TOC1, even though, it was just as abundant, if not more so at higher temperatures. But how LKP2 differentiates between high and low temperatures, and following than knows when to be active, that the researchers could not discover.

Literature

Akari E. Maeda et al., Cold-induced degradation of core clock proteins implements temperature compensation in the Arabidopsis circadian clock. Sci. Adv. 10,eadq0187 (2024),  DOI:10.1126/sciadv.adq0187

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

Koude klok

Koude klok

Bij kou werken eiwitten minder snel. Zo ook die van de biologische klok. Je zou denken dat die uit de pas gaat lopen, maar daar heeft de plant iets op gevonden, zo laten Japanse onderzoekers in Science Advances zien.

De biologische klok bestaat uit tientallen, zo niet honderden, eiwitten. Elk een radertje in de klok. Bij kou werken ook die eiwitten minder efficiënt. Om te voorkomen dat de klok uit de pas gaat lopen compenseert de plant hiervoor. Ook hier zijn weer meerdere eiwitten bij betrokken. De onderzoekers vonden een van die compenserende eiwitten.

Maar het begon met de analyse van klok mutanten die uit de pas lopen bij hogere, of lagere temperaturen. Hierbij ontdekte de onderzoekers dat planten die zowel het eiwit PRR5 als TOC1 missen een behoorlijk kortere dag hebben bij 25°C ten opzichte van 12°C. Beide eiwitten zijn gen uitzetters van klokgenen. Bij hun afwezigheid blijven sommige klokgenen dus langer aanstaan.

Minder TOC1 en PPR5 bij lagere temperaturen zorgt ervoor dat de biologische klok in de pas blijft lopen

Om uit te pluizen waarom PRR5/TOC1 loze planten zo uit de pas lopen bestudeerde de onderzoekers het effect van temperatuur op PRR5 en TOC eiwitten. Bij een hogere temperatuur waren PRR5 en TOC actiever. Dit bleek te komen omdat er bij 28°C er ongeveer 2 tot 4 keer meer PRR5 en TOC1 eiwit was dan bij 12°C. Blokkade van het afbraak systeem liet vervolgens zien dat de plant PRR5 en TOC1 sneller afbreekt als het koud is.

Nu is ook het afbreken van eiwitten strikt gereguleerd. De vraag was daarom welke aan PPR5 en TOC1 bindende eiwitten  deze voor afbraak markeren? Uit de binding studie om die vraag te beantwoorden bleek dat een groot aantal eiwitten aan PRR5 of TOC1 binden. Het aantal dat aan beide bindt bij een lage temperatuur was kleiner, maar twee. Een daarvan viel op, LKP2, een eiwit waarvan bekend is dat het eiwitten kan markeren voor afbraak.

LKP2 bleek voornamelijk bij lage temperaturen aan PRR5 en TOC1 te binden. Al was er net zo veel, zo niet meer LPK2 eiwit aanwezig bij hogere temperaturen. Maar hoe LKP2 het onderscheid maakt tussen hoge en lagere temperaturen, en dus weet wanneer het actief moet zijn, dat konden de onderzoekers niet vinden.

Literatuur

Akari E. Maeda et al., Cold-induced degradation of core clock proteins implements temperature compensation in the Arabidopsis circadian clock. Sci. Adv. 10,eadq0187 (2024),  DOI:10.1126/sciadv.adq0187

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.