Environmental-DNA exposes pathogens

Environmental-DNA exposes pathogens

It could be that farmers in the future use environmental DNA, or eDNA, to predict when pests arrive. English researchers show in Current Biology that this is a possibility.

Knowing if and when a pest arrives is essential for farmers. Only then can they intervene, preventing pests of getting a foothold. For lots of herbivory insect this is already reality. With help of observations and weather forecasts can be calculated when the next generation will be emerging from its egg, allowing farmers to take measures at exactly that moment.

Bot the even smaller pathogens, like fungi and bacteria, are difficult to recognise in an early stadium. But just as all other living organism they leave traces of DNA behind in the environment. Traces that can betray the pathogens. The researchers decided to test this.

Distinguishing subspecies at the moment is still difficult, because there is not enough known about where they differ in their DNA

Before they starting testing this out in the field they figured out if the traces of fungi and bacterial DNA detected in the air was comparable with their actual presence. In a wind tunnel they released various concentrations of spores from a harmless fungi. The detected amount of fungi DNA increased when there were more fungi spores in the air.

Now the researchers could start collecting samples in the field. After a test for the optimal sampling time, 60 minutes, they researchers started measurements. For one and a half months during the summer they collected three samples each week.

In order to use eDNA for early detection of pathogens, the detected eDNA needs to correspond with the actual organisms present. This turned out to be the case. The researchers found in their samples DNA from the on the field growing crops. But also from pathogens that infect those crops.

There is a good chance that eDNA will be added to the crop protection management kit

Those pathogens, the researchers could distinguish from each other up to species level. The researchers argue that it should even be possible to distinguish up to subspecies level. But, so they also say, then it needs to be known where they differ in their DNA. Something that for lots of subspecies of pathogens is unknown. The distinguishing of subspecies would particularly be useful for farmers that grow crops resistant to one subspecies, but not the other.

To use eDNA as a real predictor, the eDNA present needs to fluctuate in tune with fluctuations of its corresponding organism. This it turned out it did. The researchers had already observed that the amount of detected eDNA of a species changed with each measurement. This corresponded to the observed weather. There was for example more fungi eDNA present when it was humid, but not when it was hot weather. Corresponding to the fungi weather preferences.

There is a good chance that eDNA measurements will be added to the crop protection management kit of a farmer. Al does it need to be said that this study is only a proof-of concept. In addition the researchers say that the same method could also be used for other applications of air eDNA detection.

Literature

Giolai et al., Measuring air metagenomic diversity in an agricultural ecosystem, Current Biology (2024), https://doi.org/10.1016/j.cub.2024.07.030

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

Omgevings-DNA verraadt ziektekiemen

Omgevings-DNA verraadt ziektekiemen

In de toekomst zouden boeren weleens met behulp van omgevings-DNA, ook wel eDNA genoemd, voorspellen wanneer een plaag op handen is. Dat het mogelijk is laten Engelse onderzoekers in Current Biology zien.

Weten of en wanneer er een plaag aankomt is essentieel voor boeren. Alleen dan kunnen ze precies op tijd ingrijpen om te voorkomen dat een plaag voet aan de grond krijgt. Voor veel plaag insecten is dit al mogelijk. Met behulp van observaties en weersgegevens kan de computer berekenen wanneer de volgende generatie uit het ei kruipt, zodat op precies dat moment de boer kan ingrijpen.

De nog kleinere ziektekiemen, zoals schimmels en bacteriën zijn lastiger in een vroeg stadium te herkennen. Maar net als alle andere levende wezens laten ze sporen van hun DNA achter in de omgeving. En laat dat nu net de aanwezigheid van ziektekiemen te kunnen verraden. De onderzoekers besloten dit in de praktijk te testen.

Het onderscheiden van ondersoorten is nu nog lastig, omdat er niet genoeg bekend is waar in het DNA ze van elkaar verschillen

Voor het zover was testte ze eerst uit of de hoeveelheid schimmel of bacterie DNA dat ze in de lucht waarnemen overeenkomt met hoeveel er ongeveer aanwezig is. Hiervoor verspreiden ze verschillende hoeveelheden sporen van een onschuldige schimmel in een windtunnel. De gemeten hoeveelheid schimmel DNA nam toe na maten er meer schimmel sporen in de lucht aanwezig waren.

Nu konden de onderzoekers op de akker metingen gaan doen. Na een test voor de optimale bemonsteringslengte, 60 minuten, gingen ze van start. Anderhalve maand in de zomer namen ze drie monsters per week.

Om eDNA te kunnen gebruiken om vroegtijdig ziektekiemen op te merken moet de gemeten eDNA natuurlijk overeenkomen met de aanwezige organismen. Dit bleek het geval. Zo zagen de onderzoekers DNA terug in de monsters van de op de akker groeiende gewassen. Maar ook DNA van de bij die gewassen horende ziektemakers.

Goede kans dat eDNA in het gewasbeschermingspakket komt

Die ziektemakers konden de onderzoekers tot op soortniveau van elkaar onderscheiden. Zelfs het onderscheiden van ondersoorten zou moeten lukken beargumenteren de onderzoekers. Al moet dan wel bekend zijn waar die precies in het DNA van elkaar verschillen, wat bij lang niet alle soorten ziektemakers het geval is. Het onderscheiden van verschillende ondersoorten is voornamelijk van belang voor boeren die gewassen hebben geplant die resistent zijn tegen de ene maar niet de andere ondersoort.

Om van eDNA als een echte voorspeller te kunnen gebruiken moet de aanwezige eDNA met fluctueren met de aanwezigheid van het organisme. Dit bleek het geval te zijn. Het was de onderzoekers al opgevallen dat de hoeveelheid gemeten eDNA van een soort niet constant was, maar verschilde per meeting. Dit bleek onder andere van het weer af te hangen. Zo was er meer schimmel eDNA aanwezig in vochtig weer, maar niet bij heet weer. Wat overeenkomt met de voorkeur van schimmels.

Goede kans dus dat het meten van eDNA in het gewasbeschermingspakket van de boeren komt. Al was dit vooral een proof-of-concept. Daarnaast zeggen de onderzoekers dat de zelfde methode ook voor ander toepassingen voor het meten van de in de lucht aanwezige eDNA.

Literatuur

Giolai et al., Measuring air metagenomic diversity in an agricultural ecosystem, Current Biology (2024), https://doi.org/10.1016/j.cub.2024.07.030

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.

Serrated leaves

Serrated leaves

Ever asked yourself the question why the leaves of young plants have a different shape from those of mature plants? In a preprint German researchers now show that this is due to the fact that the protein SPL9 withdraws from the tip of the leaf.

While young leaves often have a round or oval shape, the leaves of mature plants have more serrations or lobes. Some leaves even look like they are made up out of multiple individual leaves.

The round leaf shape of juvenile plants is due to the fact that the protein SPL9 promotes cell division when it is present. In young plants SPL9 is present in the whole area of the leaf, but in contrast, in mature plants SPL9 is mainly present at the base of the leaves. When the researchers caused SPL9 also in juvenile plants to be mainly present at the base of the leaves, then juvenile plants also get serrated leaves.

The contrast between SPL9 at the base and RCO and KNOX1 in the rest of the leaf causes extra serrated leaves

But SPL9 is not the only protein of which is known to influence leaf shape. Two other proteins, KNOX1 and RCO also influence leaf shape. Therefore the researchers decided to analyse their influence on leaf shape in both juvenile and mature plants. The researchers created plants that had a larger amount of these proteins. They noticed that while extra KNOX1 or RCO in the leaves of mature plants amplified the serration, they did not do this in the leaves of juvenile plants.

Still it is not that simple that only the absence of SPL9 causes serrated leaves. It turns out that that it is the contrast that is needed of having both lots of SPL9 at the leaf base and nerves, and in its absence the free rein of RCO and KNOX1 in the rest of the leaf. The researchers noticed this when the analysed plants that produced more SPL9 as well as more RCO. Then the leaves were more serrated, but not only in the mature plants, not the juvenile ones.

Literature

Xin-Min Li, Hannah Jenke, Sören Strauss, Yi Wang, Neha Bhatia, Daniel Kierzkowski, Rena Lymbouridou, Peter Huijser, Richard S. Smith, Adam Runions, Miltos Tsiantis (2024) Age-associated growth control modifies leaf proximodistal symmetry and enables leaf shape diversification. BioRxiv: doi: https://doi.org/10.1101/2024.04.02.587754

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

Gekarteld blad

Gekarteld blad

Ooit eens afgevraagd hoe het komt dat de bladeren van jonge planten een andere vorm hebben dan die van volwassen planten? In een preprint laten Duitse onderzoekers zien dat dit komt omdat het eiwit SPL9 zich terugtrekt uit het tipje van het blad.

Waar bladeren van jong planten vaak een nog al rond van vorm zijn, hebben bladeren van volwassen planten meer kartels of uitsteeksels. Sommige bladeren lijken zelfs te zijn samengesteld uit meerdere afzonderlijke bladjes.

Die ronde bladvorm van jonge plantjes danken ze aan het eiwit SPL9 dat wanneer aanwezig celdeling promoot. In jonge plantjes is SPL9 in het gehele blad aanwezig, dit in tegenstelling tot bladeren van volwassen plantjes, daar is SPL9 alleen in de bladbasis aanwezig. Wanneer de onderzoekers ervoor zorgen dat ook in jonge plantjes SPL9 alleen in de bladbasis aanwezig kan zijn, dan krijgen ook jonge plantjes gekartelde bladeren.

Het contrast tussen SPL9 in de bladbasis en RCO en KNOX in de rest van het blad zorgt voor extra gekartelde bladeren

Maar SPL9 is niet het enige eiwit waarvan bekend is dat ze invloed hebben op de vorm van het blad. Twee andere eiwitten, KNOX1 en RCO hebben dat ook. Daarom besloten de onderzoekers ook hun invloed op bladeren van jonge en volwassen planten te onderzoeken. De onderzoekers creëerden planten waarin deze eiwitten meer aanwezig waren. Daarbij zagen ze dat waar extra KNOX1 of RCO in volwassen planten ervoor zorgde voor extra duidelijke karteling, was dat bij de bladeren van jonge plantjes niet het geval.

Toch is het niet zo simpel als afwezigheid van SPL9 dat de bladeren aanzet tot kartelvorming. Juist het contrast is nodig  tussen aan de ene kant veel SPL9 in de bladbasis en bij de nerven en in z’n afwezigheid het vrij spel geven aan RCO en KNOX1 in de rest van het blad. Dat bleek na bestudering van planten die een overdaad van zowel SPL9 als RCO hebben. Juist dan is de kartelvorming extra aangezet in bladeren van volwassen planten, maar niet in jonge plantjes.

Literatuur

Xin-Min Li, Hannah Jenke, Sören Strauss, Yi Wang, Neha Bhatia, Daniel Kierzkowski, Rena Lymbouridou, Peter Huijser, Richard S. Smith, Adam Runions, Miltos Tsiantis (2024) Age-associated growth control modifies leaf proximodistal symmetry and enables leaf shape diversification. BioRxiv: doi: https://doi.org/10.1101/2024.04.02.587754

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.