Many roads lead to the flower

Many roads lead to the flower

There are many roads to Rome, or in this case to the flowers of plants like sunflower, gerberas and bellis. That is what researchers of the Przemyslaw Prusinkiewicz and Paula Elomaa groups show in the New Pathologist.

How the vascular tissues form remains an intriguing phenomenon. So far in plants this has been mainly studied in leaves, mainly because their relative simple 2D structure. But how the vasculature is organised in flowerheads, and especially flowerheads consisting out of multiple flowers was up till now mostly unknown. That the researcher decided to change.

The focussed on the flowerheads of the Asteraceae family. Starting with the flowerhead of the gerbera. They lay the flower in a CT-scanner. In this way they could study the vasculature in 3D without having to slice up the flower in many slices. They observed that the vasculature from the stem first bends outwards towards the edges of the flower, before that they bend inwards again just below the individual flowers. With each inward moving vein feeding multiple flowers.

Vasculature organisation in gerberas and bellis are two extremes of the same system

It was unexpected that the vasculature of gerberas was differently organised than what was known for sunflowers and bellis. To make sure that this was not a fluke of the new technique they used, they popped sunflower and bellis flowers in the CT-scanner as well. Confirming that the vasculature of the sunflower looks like that of gerberas, but then with more side branches. Those of bellis flowers looked more like a fine net positioned just below the surface of the flowers.

To check how the vasculature of other members of the Asteraceae family behaves, the researchers popped another five flowers in the CT-scanner: the thistle, the coneflower, the Tanacetum, the craspedia and the echinops. Those showed variations on the vasculature organisation shown by sunflowers and bellis.

It appears that the organisation of the vasculature by bellis and gerberas are two extremes of the same system. But with at least another 25000 family members, there always is a chance that one flower organised it vasculature completely different.

Literature

Owens, A., Zhang, T., Gu, P., Hart, J., Stobbs, J., Cieslak, M., Elomaa, P. and Prusinkiewicz, P. (2024), The hidden diversity of vascular patterns in flower heads. New Phytol. https://doi.org/10.1111/nph.19571

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

Vele wegen naar de bloem

Vele wegen naar de bloem

Er zijn veel wegen naar Rome, of in dit geval naar de bloemetjes van planten zoals zonnebloemen, gerbera’s, en madeliefjes. Dat laten onderzoekers van de groepen van Przemyslaw Prusinkiewicz en Paula Elomaa in The New Pathologist zien.

Hoe vaatbundels zich precies vormen blijft een intrigerend fenomeen. In planten is dit tot nu toe voornamelijk bestudeerd in bladeren, mede vanwege hun relatief simpele 2D structuur. Maar hoe het vaatsysteem in bloemhoofden is gestructureerd, en helemaal in bloemhoofden bestaande uit een veelvoud van kleine bloemetjes was tot nu toe vrijwel onbekend. Daar besloten de onderzoekers verandering in te brengen.

Ze focuste op de bloemhoofden van de madeliefjes familie. Beginnend met het bloemhoofd van de gerbera. Deze legde ze in een CT scanner. Zo konden ze het vaatsysteem in 3D bestuderen zonder dat ze de bloem in plakjes hoefde te snijden. Hierbij zagen ze dat de vaatbundels vanuit de stengel eerst naar buiten afbuigen voordat ze vlak onder de oppervlak van de bloemetjes vertakkingen naar binnen vertoonde. Een vertakking voedt uiteindelijk meerdere bloemetjes.

Vaatbundel organisatie van madeliefjes en gerbera’s zijn twee uiterste van hetzelfde systeem

Wat opvallend was dat het vaatsysteem er in gerbera’s anders georganiseerd was dan bekend was voor de zonnebloem en het madeliefje. Om er zeker van te zijn dat de afwijking niet lag aan de nieuwere detectie methode die de onderzoekers gebruikte legde de onderzoekers de zonnebloem en madeliefje ook in de CT-scanner. Dit bevestigde dat het vaatbundel systeem van de zonnebloem op die van de gerbera lijkt, maar dan met meer vertakkingen bij de naar binnen gaande vaatbunels. Bij madeliefjes leken de vaatbundels nog het meest op een fijnmazig net dat zich net onder het oppervlakte van de bloemetjes bevindt.

Om te zien hoe andere leden van de madeliefjes familie het aanpakte legde de onderzoekers nog 5 bloemen onder de scanner: de distel, de zonnehoed, het boerenwormkruid, trommelstokjes, en de kogeldistel. Die lieten variaties op de door de zonnebloem en madeliefjes vertoonde vaatsystemen zien.

Het lijkt erop dat de organisatie van het vaatsysteem in de gerbera en madeliefjes twee uiterste van hetzelfde systeem zijn. Maar met nog ruim 25000 andere familieleden bestaat er altijd de kans op een bloem die het totaal anders heeft georganiseerd.

Literatuur

Owens, A., Zhang, T., Gu, P., Hart, J., Stobbs, J., Cieslak, M., Elomaa, P. and Prusinkiewicz, P. (2024), The hidden diversity of vascular patterns in flower heads. New Phytol. https://doi.org/10.1111/nph.19571

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.

Microbial helpers

Microbial helpers

Striga, a parasitic weed, causes large cereal production losses in Sub-Sharan Africa. Preventing striga infections is therefore important. Now a group of international researchers discovered that microbes may hold the key to preventing striga infections.

Striga infects many cereals. As they are dependent on their host, striga seeds wait with germinating till they know that their host is nearby. For this they have a lot of patience, sometimes they wait up to 20 years. The recognition of a suitable host occurs on basis of the signalling molecules plants excrete when they are short on phosphate. After germination striga grows towards its host, which it enters to siphon off its nutrients. This makes that infected plants grow less well and have a lower yield.

Searching for an effective method to prevent striga infection, the researchers decided to analyse the effect of microbes on a striga infection. Doing so they germinated sorghum seeds on soil from a Dutch field that either was or wasn’t heated first. After germination the researchers transplanted the seedlings to sandy soil with striga seeds. After a couple of weeks the researchers studied the number of striga infections. Noticing that plants grown in soil that was heated first had more infections that plants growing in natural soil.

Striga seeds can wait up to 20 years for a suitable host

In order to find out why, the researchers studied striga growth. While striga seeds germinated just as well in heated soil as in natural soil. Just germinated striga developed less well in natural soil. With as result that they could not reach their host.

Subsequently the researchers analysed the striga growth inducing molecules the host plant excrete. In natural soil, with microbes, the researchers found more breakdown products of those striga growth inducing molecules than in heated soil. Suggesting that the microbes breakdown striga growth inducing molecules, which in turn disrupts the development of just germinated striga plants.

The researchers furthermore studied the effect of striga disrupting bacteria on the host plants. While doing this the researchers discovered that striga disrupting  bacteria promote the production of a protective layer. Which probably is making it more difficult for striga to enter the sorghum plants.

A cocktail of striga inhibiting bacteria

Lastly the researchers analysed which microbes inhibit the striga infections. For this the researchers catalogued the microbes that were present up and around the sorghum plants. Subsequently they tested potential candidate bacterial isolates. From this they observed that Pseudomonas isolate VK46 disrupts striga development through breaking down striga growth inducing molecules. In addition, Arthrobacter isolate VK49 stimulated the production of the extra protection layer.

Sorghum plants benefit from the presence of striga disrupting microbes. Each bacteria inhibits striga a little bit. With an optimal microbial cocktail it should be possible to protect sorghum plants and other crops against striga infection.

Literature

Kawa et al., (2024) The soil microbiome modulates the sorghum root metabolome and cellular traits with a concomitant reduction of Striga infection, Cell Reports, https://doi.org/10.1016/j.celrep.2024.113971

Microbiële helpers

Microbiële helpers

Striga, een parasiterende onkruid soort, zorgt in sub-Sahara Afrika voor grote graanoogst verliezen. Het tegen gaan van striga infecties is dan ook van groot belang. Nu heeft een groep van internationale onderzoekers ontdekt dat de sleutel hierbij wel eens bij microben kan liggen.

Striga infecteert veel graansoorten. Omdat het afhankelijk is van z’n gastheer wachten striga zaden met ontkieming totdat ze weten dat deze aanwezig is. Ze zijn daarbij erg geduldig, soms wachten ze wel 20 jaar. Dit herkennen van een geschikte gastheer doen striga zaden aan de hand van signalen die planten afgeven wanneer ze fosfaat tekort komen. Na ontkieming groeit striga naar z’n gastheer toe om deze binnen te dringen om daar voedingsstoffen af te tappen. Dit zorgt dat een plant slecht groeit en een gewas minder opbrengt.

Zoekend naar een effectieve maar goedkope manier om striga infectie tegen te gaan besloten de onderzoekers het effect van microben op een striga infectie te onderzoeken. Hiervoor ontkiemde de onderzoekers sorghum in grond afkomstig van een Nederlandse akker die al dan niet van te voren verhit was. Na ontkieming verpotte ze de sorghumplantjes naar zandgrond met striga zaden. Na een aantal weken analyseerde de onderzoekers het aantal striga infecties. Hierbij viel op dat planten in ontkiemt in grond dat van te voren verhit was meer infecties hadden dan planten ontkiemt in natuurlijke grond.

Stiga zaden kunnen wel 20 jaar wachten op een geschikte gastheer

Om te ontdekken waarom dit zo was bestudeerde de onderzoekers de striga groei. Striga zaden ontkiemde even goed in zowel aanwezigheid van natuurlijke al verhitte grond. Maar in natuurlijke grond was de ontwikkeling van striga minder goed. Hierdoor konden deze striga planten niet bij hun gastheer komen.

Vervolgens bestudeerde de onderzoekers de door de gastheerplant uitgescheiden striga groeistoffen. In grond met microben waren meer afbraakproducten van deze striga groeistoffen aanwezig dan in grond zonder microben. Dit suggereert dat de microben de striga groeistoffen afbreken en zo de ontwikkeling van net ontkiemde striga planten verstoord.

Daarnaast onderzochten de onderzoekers wat de aanwezigheid van striga verstorende microben met de plant doet. Hierbij ontdekte ze dat aanwezigheid van striga verstorende microben er voor zorgt dat planten wortels een extra beschermlaagje aanmaken. Dit zorgt er waarschijnlijk voor dat net ontkiemde striga planten meer moeite hebben om gierstplanten binnen te dringen.

Een cocktail aan striga remmende bacteriën

Als laatste onderzochten de onderzoekers welke microben striga infecties terugdringen. Hiervoor gingen de onderzoekers na welke microben er zoal aanwezig waren op en rondom de sorghumplanten. Vervolgens testte de onderzoekers potentiële kandidaat bacterie stammen. Hieruit kwam na voren dat een Pseudomonas stam VK46 de ontwikkeling van striga planten verstoord door middel van afbraak van striga groeistoffen. Daarnaast bleek Arthrobacter stam VK49 de aanmaak van het extra beschermlaagje te stimuleren.

Sorghumplanten profiteren dus van de aanwezigheid van striga remmende microben. Elke bacterie stam remt striga een beetje. Met een optimale microben cocktail zo het mogelijk moeten zijn om  sorghumplanten en andere gewassen te beschermen tegen een striga infectie.

Literatuur

Kawa et al., (2024) The soil microbiome modulates the sorghum root metabolome and cellular traits with a concomitant reduction of Striga infection, Cell Reports, https://doi.org/10.1016/j.celrep.2024.113971

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.