Pollen navigation

Pollen navigation

Multiple fertilizations of an ovule do not contribute to healthy offspring. Plants therefore have taken measures to prevent this. Now researchers from Japan show how a plant manages this.

The landing of a pollen grain on a pistil of a flower is only the first hurdle of fertilization. After landing the pollen grain initiates the growth of a pollen tube that brings the pollen grain to the ovule. During this process the pollen tube gets instructions from the ovule. The Japanese researchers decided to study this process in more detail.

They did this through detailed recording of the pollen tube. Through this the researchers discovered what influenced the choice for a specific ovule. This was not as expected the landing place on the pistil. A pollen tube is not actually growing straight downwards, but more in a kind of zigzaggedly way. As soon as such a zigzagging pollen tubes came near an ovule, it slowed its growth. Subsequently the pollen tube grew more directly towards the ovule.

The ovule sends out at least three signals that the pollen tube can navigate by

That this is precisely regulated came clear when the researchers analysed some plants missing essential fertilization genes. By those it goes wrong and can the pollen tube not find the ovule. The ovules are therefore sending a signal: Here am I. Although it is not yet clear how this signal exactly looks like.

The next thing the researchers checks was if there was a signal that prevents multiple fertilisation events. They noticed that by mother plants without FERONIA the ovules often were fertilised multiple times. Suggesting that FERONIA sends out a signal: stop, I am already fertilised.

The researchers think that the ovule actually sends this signal just before it is actually fertilised. So that it is slowing down the competition. But not yet excluding a second fertilisation. This it turned out to be the case only 45 minutes after fertilisation.

So researchers need to hunt for three signals. One that says: Here am I. One that tells that there is already a suiter. And one that say: I am fertilised. Together these three signals for the navigation system for the pollen tube.

Literature

Yoko Mizuta, Daigo Sakakibara, Shiori Nagahara, Ikuma Kaneshiro, Takuya T Nagae, Daisuke Kurihara, and Tetsuya Higashiyama (2024) Deep imaging reveals dynamics and signaling in one-to-one pollen tube guidance, EMBO reports https://doi.org/10.1038/s44319-024-00151-4

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

Stuifmeelkorrel navigatie

Stuifmeelkorrel navigatie

Een dubbele bevruchting van een eicel is niet bevorderlijk voor gezond nageslacht. Ook planten treffen daarom maatregelen om dit te voorkomen. Nu laten onderzoekers uit Japan zien hoe de plant dat aanpakt.

Het landen van een stuifmeelkorrel op de stamper van een bloem is pas de eerste horde bij de bevruchting van de eicel. Na landing stimuleert de stuifmeelkorrel de groei van een stuifmeelkorrelbuis naar de eicel toe. Gedurende deze groei krijgt de stuifmeelkorrelbuis instructies van de eicel. De Japanse onderzoekers besloten dit proces nader te onderzoeken.

Dit deden ze door de groei van de stuifmeelkorrelbuis minutieus vast te leggen. Hierbij ontdekte de onderzoekers wat de keuze voor een bepaalde eicel beïnvloed. Dit bleek niet af te hangen van waar op de stempel de stuifmeelkorrels landde. Een stuifmeelkorrel buis groeit namelijk niet recht naar beneden, maar een beetje zigzaggend. Zodra zo’n zigzaggende stuifmeelkorrelbuis in de buurt kwam van een eicel remde de groei af. Vervolgens groeide de stuifmeelkorrelbuis gericht, maar langzaam naar de eicel toe.

De eicel verzend op z’n minst drie signalen die de stuifmeelkorrelbuis voor navigatie kan gebruiken

Dat de plant dit precies reguleert wordt duidelijk bij moederplanten die essentiële bevruchtingsgenen missen. Daar gaat het fout en weet de stuifmeelkorrelbuis de eicel niet te vinden. De eicellen geven dus een signaal af van hier ben ik. Al is nog onduidelijk hoe dit signaal er precies uit ziet.

Het volgende dat de onderzoekers na gingen was of er ook een signaal was dat dubbele bevruchting tegen ging. Hierbij viel op dat bij moederplanten zonder FERONIA de eicellen vaak dubbel bevrucht waren. Dit suggereert dat FERONIA een signaal uitzend van: stop ik ben al bevrucht.

De onderzoekers denken dat de eicel dit signaal eigenlijk al verstuurd vlak voordat de bevruchting plaatsvindt. Dit remt in eerste instantie de competitie af. Maar sluit nog niet geheel een tweede bevruchting uit. Dit bleek pas het geval te zijn 45 minuten na de bevruchting.

Onderzoekers moeten dus op zoek naar minimaal drie signaalstoffen. Een die verteld hier ben ik. Een die aangeeft stop, er is al een gegadigde. En een die zegt: ik ben bevrucht. Samen vormen ze het navigatiesysteem voor de stuifmeelkorrels.

Literatuur

Yoko Mizuta, Daigo Sakakibara, Shiori Nagahara, Ikuma Kaneshiro, Takuya T Nagae, Daisuke Kurihara, and Tetsuya Higashiyama (2024) Deep imaging reveals dynamics and signaling in one-to-one pollen tube guidance, EMBO reports https://doi.org/10.1038/s44319-024-00151-4

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

Sensing temperature

Sensing temperature

When heat strikes plants can not just find a place in the shade. Instead they initiate their heat protocol. Now German and French researchers report in Nature that they found one of the switches of this protocol.

One of the things that the heat stress protocol regulates is making sure that not to much water evaporates. For this the hormone ABA is responsible. One of the things that ABA regulates like a manager is the opening and closing of stomata. This enables plants to keep water in. This clear reaction to heat makes it a great tool for screening for heat tolerance.

To find the switch of the heat stress protocol, the researchers went searching for plants that reacted differently to heat. They noticed one mutant, that did not made any TWA1, that was much more susceptible to heat stress than other plants. Plants with an ABA-receptor that lights up in the presence of ABA, lighted up more when there was more TWA1 present. But it did this only at temperatures above 25°C. Plants growing at 20°C did not light up at all.

Plants with extra TWA1 deal better with heat stress

To study TWA1 in more detail the researchers replaced a part of TWA1 with that of a part of TWA1 coming from plants that were growing at higher or lower temperatures. When the part was coming from plants growing at lower temperatures then the ABA-reporter also lighted up at a lower temperature. But was the TWA1 part coming from a plant growing at higher temperatures, then the ABA-receptor lighted up at higher temperatures.

Subsequently the researchers analysed with which other proteins TWA1 interacts. They noticed that the interaction of TWA1 with the gene regulator JAM2 only occurs during during heat stress. TWA1 appears to unfold itself more and more by increasing temperatures. Giving JAM2 access to its binding place on TWA1. In addition they researchers noticed that TWA1 interacts with gen regulator TLP.

Lastly the researchers studied if they could make plants more heat tolerant using TWA1. One approach was to give plants more TWA1. These plants grew just as well under stress free circumstances. But the appeared to do better during heat stress. Closer study indicated that these plants had a higher activation of their heat stress protocol.

The temperature sensor TWA1 appears to be the ideal candidate to make plants more heat tolerant. Without the cost that comes from activating the heat stress protocol at stress free temperatures.

Literature

Bohn, L., Huang, J., Weidig, S. et al. The temperature sensor TWA1 is required for thermotolerance in Arabidopsis. Nature (2024). https://doi.org/10.1038/s41586-024-07424-x

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

Temperatuur waarnemen

Temperatuur waarnemen

Bij hitte kunnen planten niet zomaar een plekje in de schaduw opzoeken. In plaats daarvan schakelen planten hun hitte protocol in. Nu hebben Duitse en Franse onderzoekers een van de schakelaars van dit protocol gevonden melden ze in Nature.

Het hitte stress protocol behelst onder andere zorgen dat er niet te veel water verdampt. Hiervoor is het hormoon ABA verantwoordelijk. Een van de dingen die ABA als een soort manager reguleert, is de opening en sluiting van de huidmondjes. Zo houdt de plant water binnen. Deze duidelijke reactie op hitte maakt dit een handig instrument om voor hitte tolerantie te selecteren.

Om de hitte schakelaar te vinden, gingen de onderzoekers op zoek naar mutanten die anders op hitte reageerde. Hierbij viel een mutant op, die het TWA1 gen miste, die was veel gevoeliger voor hitte dan andere planten. Planten met een ABA-reporter, die oplichtte in aanwezigheid van ABA, lichtte meer op naarmate er meer TWA1 aanwezig was. Maar deed dit alleen bij temperaturen boven de 25°C. Planten groeiend bij 20°C lichtte niet op.

Extra TWA1 maakt planten beter bestand tegen hitte stress

Om TWA1 verder te bestudeerden vervingen de onderzoekers een deel van TWA1 met het overeenkomstige deel van TWA1 van een plantensoort die bij lagere of  hogere temperaturen groeien. Was het vervangende stuk afkomstig van een plant groeiend bij lagere temperaturen, dan lichte de ABA-reporter ook bij een lagere temperatuur op. Maar TWA1 vervangers van planten groeiend bij hogere temperaturen schakelde de ABA-reporter bij hogere tempreraturen aan. TWA1 is dus een temperatuur sensor.

Vervolgens gingen de onderzoekers na met welke andere eiwitten TWA1 samenwerkt. Hierbij viel op dat de samenwerking van gen regulator JAM2 alleen plaatsvind bij hitte stress. TWA1 lijkt zich naarmate de temperatuur toeneemt zich meer en meer te ontvouwen. Hierdoor komt de plek waar JAM2 aan TWA1 bind beschikbaar en bindt JAM2 aan TWA1. Daarnaast zagen de onderzoekers dat TWA1 samenwerkte met gen regulator TPL.

Als laatste gingen de onderzoekers na hoe ze planten met behulp van TWA1 beter hitte bestendig konden maken. Om dit te onderzoeken zorgde de onderzoekers dat planten meer TWA1 aanmaakte. Deze planten deden het bij stress vrije temperaturen net zo goed als planten met minder TWA1. Maar ze bleken beter bestand tegen hogere temperaturen. Nader onderzoek wees uit dat dit kwam omdat ze het hitte protocol meer activeerde.

De temperatuur sensor TWA1 lijkt dus een ideale kandidaat om planten meer hitte bestendig te maken, zonder dat dit ten koste gaat van groei bij stress vrije temperaturen.

Literatuur

Bohn, L., Huang, J., Weidig, S. et al. The temperature sensor TWA1 is required for thermotolerance in Arabidopsis. Nature (2024). https://doi.org/10.1038/s41586-024-07424-x

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.