Using the pathogens tricks to gain resistance

Using the pathogens tricks to gain resistance

Plants and pathogens are involved in a tug of war. Who wins lives to fight another day. A lot of that fight takes place in the extracellular space, the space between cells, in plant tissues. There plants secrete an arsenal of defence molecules, like proteases, glycosidases and lipases. And the pathogens, they do the same.

One of the proteases whose working is required for resistance against pathogens are the PLCPs. For the tomato infecting oomycete Phytophthora infestans this is no problem. It brings along PLCP inhibiting proteins called EpiCs. And now comes the twist, this oomycete also brings its own PLCP type proteases.

This last bit intrigued a group of researchers in the UK. They set out to characterise the oomycete PLCPs. Two of those stood out and were studied in greater detail, Pain1, and Pain2. Sequence analysis along with activity analysis suggest that these proteases have different targets. Further testing also indicated that Pain1 and Pain2 promote infection of the oomycete.

Pain1 and Pain2 are not inhibited by EpiCs

Then the researchers asked themselves how these pathogen proteases could do their work while there also were the pathogens EpiCs on the loose. To investigate this, they found out that while the tomato PLCP C14 was inhibited by the oomycete EpiC, the oomycete Pain1 and Pain2 where not.

Subsequently, the researchers turned to protein-protein interaction models of EpiC and Pain1, and of EpiC and C14. By comparing both models, the researchers found a group of seven amino acids that are important for the interaction with EpiC. Those seven amino acids were different between Pain1 and C14.

Next the researchers changed these seven amino acids from C14 to those seen in Pain1. This engineered C14 did have comparable activity levels as normal C14, so the protein could still do its job. Then the researchers observed the effect of this engineered C14 on infection with Phytophthora infestans. While plants with non-engineered C14 where happily infected by Phytophthora infestans, plants with engineered C14 were less infected.

This study shows that by really finding out what each of the separate components that are part of a pathogen’s arsenal does can help plant breeders to give plants an edge in the tug of war between plants and pathogens.

Literature

J. Huang, A. Penrose, L. Ossorio Carballo, & R.A.L. van der Hoorn, Pathogen-inspired engineering of plant protease enhances late blight resistance, Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 123 (2) e2524700123, https://doi.org/10.1073/pnas.2524700123 (2026).

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

De trucen van ziektemakers gebruiken voor resistentie

De trucen van ziektemakers gebruiken voor resistentie

Planten en ziektemakers zijn betrokken in een eeuwige strijd. Diegene die wint, leeft om het volgende gevecht aan te gaan. Veel van die strijd vindt plaats in de extracellulaire ruimtes, de ruimte tussen cellen, in planten. Daar scheiden planten verdedigingsmoleculen uit, zoals proteasen, glycosidasen, en lipasen. En de ziektemakers, die doen dat ook.

Een groep van de proteasen waarvan de activiteit nodig is voor resistentie tegen ziektemakers zijn de PLCPs. Helaas is dit voor de tomaat infecterende oömycyte Phytophthora infestans geen probleem. Deze brengt PLCP remmende eiwitten genaamd EpiCs met zich mee. En nu komt er een twist, deze oömycyte heeft ook z’n eigen type PLCPs.

Dit laatste intrigeerde een groep onderzoekers in het Verenigd Koninkrijk. Daarom karakteriseerde de onderzoekers de oömycyte PLCPs. Twee daarvan vielen op en werden in meer detail bestudeerd, Pain1 en Pain2. Sequentie en activiteit analyse suggereren dat deze proteasen op verschillende doelen afgaan. Daarnaast bleek dat Pain1 en Pain2 de infectie van de oömycyte bevorderen.

Pain1 en Pain2 worden niet geremd door EpiC

Vervolgens vroegen de onderzoekers zich af hoe deze ziektemakers proteasen hun werk konden doen terwijl er ook van de ziektemaker afkomstige EpiCs aanwezig waren. Bij nader bestudering zagen de onderzoekers terwijl de activiteit van de van tomaat afkomstige PLCP C14 door de oömycyte EpiC werd geremd, dit niet het geval was voor de oömycyte afkomstige Pain1 en Pain2.

Vervolgens wende de onderzoekers zich tot eiwit-eiwit interactie modellen van EpiC en Pain1 en van EpiC en C14. Door de twee modellen te vergelijken vonden de onderzoekers een groep van zeven aminozuren die belangrijk zijn voor de interactie met EpiC. Deze zeven aminozuren weren verschillend in Pain1 en C14.

Daarop paste de onderzoekers deze zeven aminozuren in C14 aan zodat ze gelijk waren met die in Pain1. Deze geëngineerde C14 had vergelijkbare activiteit met de normale C14, een indicatie dat het eiwit nog steeds z’n werk kon doen. Vervolgens observeerde de onderzoekers het effect ven de geëngineerde C14 op Phytophthora infestans infectie. Terwijl de planten met niet-geëngineerde C14 makkelijk geïnfecteerd raakte, bleek dat voor planten met de geëngineerde C14 minder het geval.

Deze studie laat zien dat bestudering van de verschillende onderdelen van een ziektemakers arsenaal kan helpen om veredelaars planten een voordeel te geven in de eeuwig durende strijd tussen planten en ziektemakers.

Literatuur

J. Huang, A. Penrose, L. Ossorio Carballo, & R.A.L. van der Hoorn, Pathogen-inspired engineering of plant protease enhances late blight resistance, Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 123 (2) e2524700123, https://doi.org/10.1073/pnas.2524700123 (2026).

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.

A new regulatory element enables bacterial uptake by plant cells

A new regulatory element enables bacterial uptake by plant cells

Nitrogen is essential for growth and development of plants. Although, it is widely available, this is often not in a form that is easily taken up by plants. One group of plants did find a way around this and symbiose with nitrogen fixing bacteria. For this the plants take up these nitrogen fixing bacteria, and house them in specific organs, nodules.

But which trait is enabling this is not completely clear. Known is that this trait most likely is acquired once by the las common ancestor.

First researchers thought that this trait must be a gen. But studying the genomes of plants that do and don’t symbiose with nitrogen fixing bacteria did not result in any candidates.

Regulatory element

That made a group of German, France and Japanese researchers look to regulator elements in the promotor of an essential gen, NIN, that is needed for the uptake and housing of nitrogen fixing bacteria. The promoter of a gene is located in front of the protein coding part of a gene and contains instructions in the form of regulatory elements for gen regulators.

The NIN gene occurs in both plants that do and don’t symbiose with nitrogen fixing bacteria. By comparing the NIN promoter of 37 plants the researchers discovered that only NIN promoters of plants that do symbiose with nitrogen fixing bacteria contain a regulatory element that the researchers called PACE.

Bacterial up take

Subsequently the researchers showed that genes with a PACE regulatory element in their promoter are active in the cells where nitrogen fixing bacteria enter the plant. The researchers also showed that in absence of a PACE regulatory element the NIN-gene is not active in the presence of nitrogen fixing bacteria, and that the plant is not taking these up.

In addition, the researchers placed the PACE regulatory element in front of the tomato NIN-gene. Tomato normally does not symbiose with nitrogen fixing bacteria. But when there was a PACE regulatory element in front of the tomato NIN-gene, then that gene was just as active as a NIN-gene from plants that do symbiose with nitrogen fixing bacteria. It is, therefore, the PACE regulatory element and not the NIN-gene, that gives plants the trait to take up nitrogen fixing bacteria.

Literature

Cathebras, C., Gong, X., Andrade, R.E. et al. A novel cis-element enabled bacterial uptake by plant cells. Nat. Plants (2026). https://doi.org/10.1038/s41477-025-02161-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

Een nieuw regulator element maakt bacterie opnamen door planten mogelijk

Een nieuw regulator element maakt bacterie opnamen door planten mogelijk

Stikstof is een vereiste voor de groei en ontwikkeling van planten. Ondanks dat het veel voorkomt, komt het meestal niet voor in een vorm die makkelijk opneembaar is voor planten. Een groep van planten heeft daarop iets gevonden en gaan de samenwerking aan met stikstof fixerende bacteriën. Hierbij laten deze planten de stikstof fixerende bacteriën binnen en huizen deze in speciale orgaantjes, wortelknobbeltjes.

Maar welke eigenschap dit nu mogelijk heeft gemaakt is niet helemaal duidelijk. Bekend is dat het hoogstwaarschijnlijk is dat deze eigenschap een keer door de laatste gemeenschappelijke voorouder is verworven.

Als eerste dachten de onderzoekers dat deze eigenschap een gen moest zijn. Maar bestudering van de genomen van planten die wel of geen samenwerking aangaan met stikstof fixerende bacteriën gaf geen uitsluitsel.

Regulator element

Daarop besloot een groep Duitse, Franse, en Japanse onderzoekers om te kijken naar regulator elementen in de promoter van een voor de opname en huizing van stikstof fixerende bacteriën essentieel gen, NIN. De promoter van een gen zit voor het eiwit coderende gedeelte van het gen, en bevat aanwijzingen in de vorm van regulator element voor gen regulatoren.

Het NIN-gen komt zowel voor in planten die de samenwerking met stikstof fixerende bacteriën aangaan als planten die dat niet doen. Door de NIN promoter van in totaal 37 planten te vergelijken ontdekte de onderzoekers dat alleen de NIN promoter van planten die de samenwerking met stikstof fixerende bacteriën aangaan een regulator element heeft dat de onderzoekers PACE noemde.

Bacteriën binnen laten

Vervolgens toonde de onderzoekers aan dat genen met een PACE regulator element in hun promoter actief zijn in de cellen waar de stikstof fixerende bacteriën om de plant binnen komen. Ook lieten de onderzoeker zien dat bij afwezigheid van PACE regulator element het NIN-gen niet actief is bij aanwezigheid van stikstof fixerende bacteriën en de plant deze dan niet binnen laat en in wortelknobbeltjes huist.

Daarnaast plaatste de onderzoekers het PACE regulator element voor het NIN-gen van tomaat, die normaal geen samenwerking aangaat met stikstof fixerende bacteriën. Stond er een PACE regulator element voor het tomaten NIN-gen, dan was dat gen net zo actief bij aanwezigheid van stikstof fixerende bacteriën als een NIN-gen van planten die de samenwerking aangaan met stikstof fixerende bacteriën. Het is dus het PACE regulator element en niet het NIN-gen dat planten de eigenschap geeft om de stikstof fixerende bacteriën binnen te laten.

Literatuur

Cathebras, C., Gong, X., Andrade, R.E. et al. A novel cis-element enabled bacterial uptake by plant cells. Nat. Plants (2026). https://doi.org/10.1038/s41477-025-02161-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.