Early division

Early division

Cells within organisms only divide when they have a certain amount of stem cell identity. Now Dutch researchers show in Development that the PLETHORA genes are turning on this stem cell identity directly after fertilisation.

To keep control over their shape, organisms tightly control which cells are allowed to divide. In general this will be the stem cells and the cells that directly derive from those. In plants these stem cells are located in the growth centres of the roots and shoots. Who when and where is allowed to divide is decided with help of a complex management system.

One group of genes that are controlling the dials of the management system are the PLETHORA genes. These determine how a cell divides. Longitudinal, perpendicular, or maybe diagonal. At the moment lots is known about how PLETHORA genes do their job in seedlings and older plants, but not so much in embryo’s.

To find out if PLETHORA genes are actual turned on in embryo’s the researchers firstly analysed if the genes that PLETHORA is regulating are also on during embryo development. De 197 genes that are controlled by PLETHORA turned out to be indeed turned on in developing embryo’s.

PLETHORA is needed right from the start to manage the cell divisions

Subsequently the researchers studied which PLETHORA gene is turned on when and where during embryo development. In total there are 6 PLETHORA genes. All 6, it turned out, are turned on at specific moments during embryo development. Each had its own pattern. Of the 6 two, PLETHORA 2 and 4 are already turned on shortly after fertilisation.

The researchers found out what the effect on the early embryo development PLETHORA 2 and 4 have. They did this by studying plants without PLETHORA 2 and 4, or to be more precise they studied plants in which one of the two genes was completely turned off, and the other reduced to half its original presence. They found that by about 25% of these plants embryo development stops shortly after fertilisation.

Studying the aborted embryo’s the researchers noticed that the majority of these embryo’s had not divided at all. By the aborted embryo’s that had divided, the division had not taken place at its expected place. PLETHORA is thus needed right from the start to manage the cell divisions.

Lastly the researchers asked if the other PLETHORA genes could replace PLETHORA 2 and 4 genes. This turned out to be the case. When they replaced PLETHORA 2 and 4 for PLETHORA 1 together with the instructions of being expressed like PLETHORA 2, then hardly any embryo’s aborted their development. This also shows that when and where PLETHORA genes are active determines it function more than the shape of its protein.

Literature

Merijn Kerstens, Carla Galinha, Hugo Hofhuis, Michael Nodine, Renan Pardal, Ben Scheres, Viola Willemsen; PLETHORA transcription factors promote early embryo development through induction of meristematic potential. Development 15 June 2024; 151 (12): dev202527. doi: https://doi.org/10.1242/dev.202527

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

Vroege deling

Vroege deling

Cellen in organismen delen alleen wanneer ze een bepaalde mate van stamcel-identiteit hebben. Nu laten Nederlandse onderzoekers in Development zien dat PLETHORA genen de stamcel-identiteit al gelijk na de bevruchting aanzetten.

Om controle te houden op hun uiterlijk begrenzen organismen welke cellen mogen delen. In het algemeen zijn dit de stamcellen en de cellen die hier direct vanaf stammen. In planten bevinden deze stamcellen zich in de groeikeren van de wortels en de stengel. Wie wanneer en tot waar mag delen bepaald de plant met behulp van een complex management systeem.

Een groep genen die aan de knoppen van dit management systeem zitten zijn de PLETHORA genen. Deze genen bepalen hoe de cel deelt. Door de lengte, de breedte, of misschien diagonaal. Nu is er veel bekend over hoe PLETHORA genen werken in zaailingen en oudere planten, maar niet in embryo’s.

Om na te gaan of de PLETORA genen überhaupt iets doen in embryo’s bestudeerde de onderzoekers eerst of de genen die PLETHORA aanstuurt ook aanstaan gedurende embryo ontwikkeling. De 197 genen aangestuurd door PLETHORA bleken inderdaad aan te staan in embryo’s.

PLETHORA is al vanaf het prille begin nodig om de celdeling te managen

Vervolgens bestudeerde de onderzoekers welke PLETHORA genen waar en wanneer aanstaan in de embryo. In totaal zijn er 6 PLETHORA genen. Alle 6 bleken ze op enig moment gedurende de ontwikkeling van de embryo aan te staan. Elk met z’n eigen patroon. Wat op viel dat twee van de 6 genen, PLETHORA 2 en 4 al net na de bevruchting aanstaan.

De onderzoekers gingen na hoe noodzakelijk PLETHORA 2 en 4 voor de ontwikkeling van de embryo zijn. Dit deden ze door planten zonder zowel PLETHORA 2 als 4 te bestuderen. Of accurater ze bestudeerde planten waar een van de twee PLETHORA genen helemaal was uitgeschakeld, en een maar op halve kracht aanwezig was. Bij ongeveer 25% van deze planten stopte de embryo ontwikkeling al snel na bevruchting.

Bij bestudering van de gestopte embryo’s zagen de onderzoekers dat bij het merendeel van die embryo’s helemaal geen celdeling had plaats gevonden. Bij de embryo’s die wel hadden gedeeld was de deling niet op de verachtte plaats. PLETHORA is dus al vanaf het prille begin nodig om de celdeling te managen.

Als laatste vroegen de onderzoekers zich af of ander PLETHORA genen PLETHORA 2 en 4 konden vervangen. Dit bleek het geval te zijn. Vervingen ze PLETHORA 2 en 4 voor PLETHORA 1 samen met de instructies om de plaats van PLETHORA2 in te nemen, dan stopte er nauwelijks embryo’s met hun ontwikkeling. Dit laat ook zien dat waar en wanneer een PLETHORA gen aanstaat meer bepalend is voor z’n functie dan z’n specifieke form.

Literatuur

Merijn Kerstens, Carla Galinha, Hugo Hofhuis, Michael Nodine, Renan Pardal, Ben Scheres, Viola Willemsen; PLETHORA transcription factors promote early embryo development through induction of meristematic potential. Development 15 June 2024; 151 (12): dev202527. doi: https://doi.org/10.1242/dev.202527

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.

Old clones

Old clones

A group of international researchers discovered that an eelgrass colony is about 1400 years old. They managed this feat due to the developing an new age determination method for clones that they published in Nature and Ecology & Evolution.

For organisms that multiply by cloning themselves it is difficult to determine their age. For example, when they last germinated from seeds. In order to change that the researchers turned to somatic genetic variation. This is the variation that a genome accumulates in their stem cells due to for example UV-radiation. So not the mistakes that slip in due to copying the DNA when the cell divides.

Researchers already are using somatic genetic variation to determine how long ago a common ancestor of two species lived. But in order to also use it to determine the age of clones a few adjustments were needed. The researchers found these through modelling. In this way they also discovered that the accuracy of the calculations is influenced by the number of stem cells an organism has.

The researchers calculated the age of clones using the speed with which somatic genetic variations accumulate

After adjusting the calculation, it was time to find out if the method works. For the calibration of the method the researchers used two eelgrass colonies with known age, 4 and 17 years. First the researchers determined which tissue best to collect for sampling. For this the researchers studied the growth centres, there where the stem cells are located. They observed that most of the cells for the leaves originated from the stem cells in the growth centre.

Through sampling leaves of individual clones in both colonies the researchers could find out how much variation there was between the clones and colonies. From this they could calculate the speed with which somatic genetic variations accumulate. With this speed the researchers calibrated the formula.

Subsequently the researchers sampled worldwide 15 eelgrass colonies. Although the majority of the colonies turned to be less than 40 years old. There were also 4 exceptions that were older than 270 years, with one being even older that 1400 years. The researchers hope that this method can contribute to research about how robust clonal colonies are.

Literature

Yu, L., Renton, J., Burian, A. et al. A somatic genetic clock for clonal species. Nat Ecol Evol (2024). https://doi.org/10.1038/s41559-024-02439-z

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

Oude klonen

Oude klonen

Een groep van internationale onderzoekers heeft een groot zeegras kolonie ontdekt dat wel 1400 jaar oud is. Dit lukte dankzij de ontwikkeling van een nieuwe methode voor leeftijdsbepaling van voor klonen dat de groep onlangs in Nature Ecology & Evolution gepubliceerde.

Van organismen die zich verspreiden door zichzelf te klonen is moeilijk te bepalen hoe oud ze zijn. Bijvoorbeeld wanneer ze voor het laatst zijn ontkiemt uit zaad. Om daar verandering in te brengen keken de onderzoekers naar somatische genetische variatie. Dit is de variatie in het genoom dat zich opstapelt in germlijn cellen als gevolg van bijvoorbeeld UV-straling. Dus niet de foutjes die erin sluipen tijdens het kopiëren van het DNA bij celdelingen.

Nu al gebruiken onderzoekers somatische genetische variatie om te achterhalen hoe lang geleden de voorouder van twee soorten leefde. Maar om het ook te gebruiken om de leeftijd van klonen mee te bepalen waren er een paar aanpassingen in de berekening nodig. Deze vonden de onderzoekers met behulp van moduleren. Zo ontdekte ze ook dat de hoeveelheid aanwezige germlijn cellen invloed heeft op hoe nauwkeurig de berekening is.

Met de snelheid van de ophoping van somatische mutaties berekende de onderzoekers hoe oud een kloon is

Na het aanpassen van de benodigde berekening was het tijd om na te gaan of de methode ook echt werkt. Voor het kalibreren van de methode gebruikte de onderzoekers twee groot zeegras kolonies waarvan bekend was hoe oud ze waren, 4 en 17 jaar. Als eerste gingen de onderzoekers na van welk weefsel ze het beste monsters konden nemen. Hiervoor bestudeerde de onderzoekers de groeikernen. Hieruit bleek dat de meeste cellen die uiteindelijk de bladeren vormen direct uit van de germlijn cellen in de groeikern komen.

Door meerdere bladeren van individuele klonen in de kolonies te bemonsteren konden de onderzoekers na gaan hoeveel variatie tussen de klonen en kolonies zat. Hieruit kon de snelheid waarmee somatische genetische variatie zich ophoopt worden vastgesteld. Deze snelheid gebruikte de onderzoekers om de berekening te kalibreren.

Vervolgens bemonsterde de onderzoekers wereldwijd 15 groot zeegras kolonies. Alhoewel de meeste van die kolonies jonger dan 40 jaar bleek te zijn. Waren er ook 4 uitschieters die ouder dan 270 jaar waren, en een die dus meer dan 1400 jaar oud was. De onderzoekers hopen dat de methode kan helpen bij onderzoek naar hoe robuust kolonies van klonen zijn.

Literatuur

Yu, L., Renton, J., Burian, A. et al. A somatic genetic clock for clonal species. Nat Ecol Evol (2024). https://doi.org/10.1038/s41559-024-02439-z 

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.