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.

Jumping genes for efficiency

Jumping genes for efficiency

At the moment there is no efficient way to precisely insert large chunks of DNA in a plants genome. Now American researchers show a way in Nature that is ten times as efficient than current methods.

Sometimes you like to insert a gene in order to find out what it does. Sometimes you do it because you like to make a crop disease resistant. But whatever the reason, there is no efficient way that inserts a gene in the preferred location in the genome.

When you think about precise edits of the genome you probably think about CRISPR-Cas. This system can with great precision make a cut in the DNA. Useful for single base edits. But integrating larger chunks of DNA is a different story. To change that the researchers look in the direction of jumping genes.

Combining CRISPR-Cas9 with the Pong transponases increased the efficiency 10 times

With help of transponases jumping genes cut themselves out of the genome and intergrate themselves in a new spot in the genome. Where exactly depends on the preferences of the jumping gene. But it can be at a location where the DNA is broken. Of note is that during this jumping the transponases protect the DNA against degradation.

The researchers decided to study if was possible to increase the efficiency of integrating large chunks of DNA in the genome by combining CRISPR-Cas and jumping genes. They decided to use in the rice jumping gene mPing and its Pong transponases ORF1 and ORF2.

In order to test if this combination could work the researchers first created an Arabidopsis plant with mPing. When they added CRISPR-Cas9, ORF1, and ORF2, then the researchers noticed mPing jumping to the by the CRISPR-Cas guide-RNA designated spot. This occurred with great precision, which increased when the enzymes Cas9 and ORF2 were linked. But this linking came at a cost. Was the efficiency without linking around the 35.5%, was this with linking around the 6.7%. Still higher than the current precision methods which have an efficiency between the 0.24 and 4.8%.

The researchers expect the system to work in all plants, except in rice

Subsequently the researchers tested if the system was still working with a foreign gene located within mPing. This turned out to be. Although, an extra 8994 basses also reduced the efficiency a little bit.

The big question was does the system also work on other plants than the up till now used Arabidopsis. To find this out the researchers turned to soyabeans. In which the system also appeared to work. Although some adjustments were needed. Like a longer linker between Cas9 and ORF2.

The researchers expect that the new system, that they named TATSI, will work in other plants as well. With one exception, rice, because each species suppresses its own jumping genes. Therefore fore rice an jumping gene from another species will be required.

Literature

Liu, P., Panda, K., Edwards, S.A. et al. Transposase-assisted target-site integration for efficient plant genome engineering. Nature 631, 593–600 (2024). https://doi.org/10.1038/s41586-024-07613-8

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

Springende genen voor efficiëntie

Springende genen voor efficiëntie

Er is nog geen efficiënte manier heel nauwkeurig grote stukken DNA in het genoom van planten plaatsen. Nu laten Amerikaanse onderzoekers in Nature een tien keer efficiëntere methode zien.

Soms wil je een gen toevoegen om uit te viegelieren wat het doet. Soms doe je het om een gewas bijvoorbeeld resistent tegen ziektes te maken. Maar wat je reden ook is, er is geen efficiënte methode die het gen op een gewenste locatie in het genoom plaatst.

Als je denkt aan precisie en aanpassingen aan het genoom denk je al snel aan CRISPR-Cas. Dit systeem kaan heel gericht een knip in het DNA maken. Handig om enkele basen aan te passen. Maar grote stukken DNA integreren is een ander verhaal. Om daar verandering in te brengen keken de onderzoekers naar springende genen.

Het combineren van CRISPR-Cas9 met de Pong transponases vergrote de efficiëntie met wel 10 keer

Springende genen knippen zichzelf met behulp van transposanses uit het genoom en nestelen zich op een nieuw plek in het genoom. Waar precies hangt af van de voorkeur van het springende gen. Dit kan bijvoorbeeld op een plek zijn waar het DNA gebroken is. Opmerkelijk in dit proces is dat tijdens het springen de transponases het DNA beschermen tegen afbraak.

De onderzoekers besloten om te kijken of het mogelijk was om het inpassen van grote stukken DNA in het genoom efficiënter te maken door CRISPR-Cas en springende genen te combineren. Hiervoor gebruikte ze het in rijst voorkomende springende gen mPing en Pong transponases, ORF1 en ORF2.

Om te testen of deze combinatie kan werken creëerden de onderzoekers eerst een Arabidopsis plant met mPing. Voegde ze aan deze plant CRISPR-Cas9, ORF1, en ORF2 toe dan zagen de onderzoekers dat mPing naar het door het CRIPSR-Cas gids-RNA aangeduide plek sprong. Dit gebeurde met grote precisie, precisie die nog groter werd wanneer het Cas9 en ORF2 enzymen aan elkaar gekoppeld zaten. Maar die koppeling kwam wel met een prijs. Waar die efficiëntie zonder koppeling rond de 35.5% lag, lag die met koppeling rond de 6.7%. Nog steeds hoger dan de tot nu toe gebruikte precisie systemen die een efficiëntie tussen de 0.24 en 4.8% hebben.

De onderzoekers verwachten dat het systeem in alle planten, behalve rijst gaat werken

Vervolgens keken de onderzoekers of het systeem met een vreemd gen midden in mPing nog steeds werkte. Dit bleek het geval te zijn. Al bleek dat een extra 8994 base paren de efficiëntie wel iets verlaagde.

Nu was de grote vraag of het systeem ook werkte in ander planten dan tot nu toe gebruikte Arabidopsis. Om dat uit te vinden richtte de onderzoekers zich tot sojabonen. Ook daar bleek het systeem te werken, al waren er wel een paar aanpassingen nodig. Zoals een langer tussenstukje tussen Cas9 en ORF2.

De onderzoekers verwachten dat dit nieuwe systeem dat ze TATSI hebben gedoopt voor de meeste planten zal werken. Met uitzondering van rijst, omdat iedere soort z’n eigen springende genen onderdrukken. Voor rijst zijn er daarom een springend gen van een andere soort nodig.

Literatuur

Liu, P., Panda, K., Edwards, S.A. et al. Transposase-assisted target-site integration for efficient plant genome engineering. Nature 631, 593–600 (2024). https://doi.org/10.1038/s41586-024-07613-8

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