Rescued by wild genes

Rescued by wild genes

In the ever-ongoing arms race between crops and their pest scientist are kept busy by identifying new resistance mechanisms against new pests. Often these new resistance mechanisms are brought in through wild relatives, but pinning down the responsible genes is not easy. Now a new study by Israeli scientists illustrates that looking at the genomes of those contributing wild relatives might help.

The scientists where particular interested in the mechanisms behind the resistance of sunflowers to the parasite broomrape. Studies so far identified multiple resistant varieties, but ended up with the identification of only a single responsible gen, even though different mechanisms behind the resistance was expected.

Circumventing resistance

As broomrape is constantly finding new ways to circumvent sunflowers resistance, the first thing the researchers did was finding new resistant lines against two broomrape populations. For this they used a population of 287 varieties of cultivated sunflowers consisting out of inbred lines, open-pollinated varieties and landraces, but no wild relatives.

After finding the resistant lines, the researchers identified the genomic regions that are likely responsible for this. They used multiple tactics for this, resulting in the identification of 782 genomic regions. First, they identified those genomic regions on a sunflower reference genome. But the researchers did not stop there, they also mapped the regions to three other sunflower reference genomes. Through doing this they found that of the 782 genomic regions identified as likely to be involved in resistance to broomrape, only 30 of them were found in all four sunflower refence genomes analysed.

Found in wild relatives

In addition, the researchers mapped those resistance linked regions to the genome of six sunflower wild relatives. In total 19 of the resistance linked regions the researchers could find back in three of the wild relatives. Indicating that commercial sunflower lines obtained at least 19 traits from wild relatives. As only the refence genomes of six wild relative were consulted, there is the possibility that more resistance traits originated in sunflower’s wild relatives.

Having all these 782 genomic regions located in the multiple sunflower genomes enabled the researchers to make a start with the identification of the underlying resistance genes. Scanning the genome around these regions resulted in the identification of 474 candidate resistance genes.

Combined these results show why pangenomes, a collection of genomes of many individuals or varieties of a species, are valuable resources for finding novel traits. Especially, as novel traits when brought in from the outside, are likely to be more than a minor mutation. As such they are not captured in the main reference genome used, as shown in this study. A pangenome, in contrast, captures the complete width of a species and as such allows the mapping of the traits to the genome and the subsequent gene identification.

Literature

Dana Sisou, Hammam Ziadna, Mika Eizenberg-Weiss, Hanan Eizenberg, Sariel Hübner, Wild genes to the rescue: High-throughput genomics reveals the wild source of broomrape resistance in sunflower, Journal of Experimental Botany, 2026;, erag141, https://doi.org/10.1093/jxb/erag141

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

Gered door wilde genen

Gered door wilde genen

In de oneindige strijd tussen gewassen en hun plagen blijven wetenschappers bezig met het vinden van nieuwe manieren van resistentie. Vaak zijn deze nieuwe manieren afkomstig van wilde verwanten. Maar het identificeren van de verantwoordelijke genen is niet gemakkelijk. Een nieuwe studie door Israëlische onderzoekers illustreert dat het analyseren van de genomen van de bijdragende wilde verwanten kan helpen.

De onderzoekers waren vooral geïnteresseerd in het mechanisme achter de resistentie van zonnebloem resistentie tegen bremraap. Tot nu toe zijn in studies wel verschillende resistente variëteiten ontdekt, maar die resulteerde in de identificatie van maar een verantwoordelijk gen, ook al waren er indicaties dat er meerdere genen erachter zaten.

Resistentie omzeilen

Omdat bremraap steeds opzoek is om nieuwe manieren te vinden om de resistentie van zonnebloemen te omzeilen, was het eerste wat de onderzoekers deden zoeken naar nieuwe resistente variëteiten. Daarvoor gebruikte de onderzoekers een populatie van 287 gecultiveerde zonnebloem variëteiten.

Na het vinden van resistente lijnen identificeerde de onderzoekers de verantwoordelijke genomische regio’s. Hiervoor gebruikte ze meerdere technieken wat resulteerde in de identificatie van 782 genomische regio’s. Deze lokaliseerde de onderzoekers eerst op een referentie genoom. Maar daar stopte de onderzoekers niet. Ze lokaliseerde deze regio’s ook op nog eens drie andere referentie genomen. Hierdoor vonden ze dat van de 782 genomische regio’s die hoogstwaarschijnlijk betrokken zijn bij het verstrekken van resistentie tegen bremraap, maar 30 op alle vier de zonnebloem referentie genomen die de onderzoekers raadpleegde.

In wilde verwanten gevonden

Daarnaast, zochten de onderzoekers deze resistentie regio’s ook in de genomen van zes zonnebloem wilde verwanten. In totaal lukte het om 19 van de resistentie regio’s in drie van de genomen van de wilde verwanten te vinden. Dit laat zien dat de commerciële zonnebloem lijnen op z’n minst 19 resistentie gerelateerde eigenschappen van hun wilde verwanten kregen. Omdat maar in zes wilde verwanten genomen werd gezocht, is het mogelijk dat meer resistentie eigenschappen van de wilde verwanten komen.

Het lokaliseren van deze 782 genomische regio’s met behulp van meerdere zonnebloem genomen gaf de onderzoekers de mogelijkheid om de verantwoordelijke genen te identificeren. Het scannen van het genoom rondom elk van deze 782 regio’s resulteerde in 474 kandidaat resistentie genen.

Gecombineerd laten de resultaten zien waarom pangenomen, een collectie van genomen van veel individuelen of variëteiten van een soort, een waardevolle bron zijn voor het vinden van nieuwe eigenschappen. Vooral om dat nieuwe eigenschappen die van buitenaf komen vaak meer zijn dan een simpele mutatie. Met als gevolg dat ze niet voorkomen in de meest gebruikte referentie genoom van een soort, zoals in deze studie is aangetoond. Een pangenoom, in tegenstelling, omvat de complete breedte van een soort, wat de lokalisatie van eigenschappen op het genoom en de daaropvolgende gen identificatie mogelijk maakt.

Literatuur

Dana Sisou, Hammam Ziadna, Mika Eizenberg-Weiss, Hanan Eizenberg, Sariel Hübner, Wild genes to the rescue: High-throughput genomics reveals the wild source of broomrape resistance in sunflower, Journal of Experimental Botany, 2026;, erag141, https://doi.org/10.1093/jxb/erag141

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.

By stress hit pause

By stress hit pause

Stresses, like cold and salt stress, impact plant growth. Not only during the stress but also during the recovery. Now Canadian researchers discovered how during stress plants pause their cell division, which they continue after the stress is gone.

Plant growth basically consists of dividing and elongating cells. The researchers wanted to know which of these two processes caused the growth effect seen in stressed plants. After exposing Arabidopsis, brachypodium, and annual ryegrass to cold and salt stress the researchers observed reduced root growth. From which the plants recovered after being placed in a non-stress environment.

As the researchers were interested in finding out if cell division was affected during cold and salt stress, they used a cell cycle marker to follow cell divisions during cold or salt exposure and their recovery afterwards. This enabled the researchers to see that during stress exposure there was less cell division. But that during recovery both cell division and elongation started again.

Cell division on hold

Now is cell division a process that takes place in different phases, a preparation, or gap phase, an S phase in which the genome is duplicated, another gap phase, and an M phase in which the cell splits in two daughter cells. There are two kinds of actions cells can take when exposed to stress. The first is to pause the cell division, and the second is to finish an ongoing cell division and wait then with subsequence cell divisions till the stress has passed. The researchers noticed that during stress the plant cells go for the first option, they paused their division in one of the gap phases. Waiting out the stress there.

Subsequent the researchers wanted to know which cell division genes were regulating this pause during the stress. To find out they chemically blocked the cell division. The chemical that best copied the observed pause effect blocked the function of the cell cycle enzyme CDKA;1. Was this chemical present during the recovery after stress exposure, then the cells did not resume their division.

Identification of the regulators

Subsequently the researchers studied the enzymatic inhibitor of CDKA;1, ICK1. Plants that made more ICK1 proteins recovered less from cold and salt stress than plants with normal amounts of ICK1. Indicating that CDKA;1 and ICK1 are involved in this pause and restart during and after cold and salt stress.

So, plant cells use a sort of pause and play concept for their cell divisions during stress and the subsequent recovery. This allows them to quickly continue with their growth after the stress passed. Knowing which genes are involved gives scientists an opening to try to make this recovery take place even faster.

Literature

Hazelwood, O.S., Diehl, K.A., Hollenbeck, V., Demura-Devore, J., Herb, D., Gallagher, J.P. and Ashraf, M.A. (2026), Cell cycle follows ‘pause and play’ mechanism in salt and cold stress recovery in diverse plant species. New Phytol. https://doi.org/10.1111/nph.71041

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

Druk op pauze bij stress

Druk op pauze bij stress

Stress, zoals koude en zout stress, beïnvloeden de groei van planten. Niet alleen tijdens de stress maar ook gedurende de herstelfase. Nu laten Canadese onderzoekers zien hoe gedurende de stress planten hun celdeling op pauze zetten, en herstartten nadat de stress verwijderd is.

Groei bij planten bestaat in de basis uit celdeling en zich uitrekkende cellen. De onderzoekers wilde weten welke van deze twee processen voor het groei effect zorgde bij stressende planten. Na blootstelling van Arabidopsis, Brachypodium en raaigras aan koude en zout stress zagen de onderzoekers verminderde wortel groei. De planten hervatte hun wortelgroei nadat ze in een niet stressende omgeving waren geplaatst.

Omdat de onderzoekers geïnteresseerd waren of de celdeling geraakt was door koude of zout stress, gebruikte de onderzoekers een celcyclus merker om de celdelingen te volgen tijdens blootstelling aan koude of zout stress en het herstel. Hiermee zagen de onderzoekers dat tijdens de blootstelling aan stress er minder celdeling was. Maar dat tijdens het herstel de celdeling en het uitstrekken weer opgang kwam.

Celdeling op pauze

Nu gebeurt celdeling in verschillende stadia. Een voorbereidende, of gap fase, een S fase tijdens welke het genoom gedupliceerd wordt, een tweede gap fase, en een M fase waarin de cel in tweeën splits. Er zijn twee soorten acties die een cel kan nemen bij blootstelling aan stress. De eerste is om op pauze te drukken, de tweede is om een celdeling cyclus af te maken, en daarna te wachten met verdere celdelingen. De onderzoekers zagen dat tijdens stress plantencellen voor de eerste optie gaan en hun celdeling pauzeren in een van de gap fases. Daar zitten ze de stress uit.

Vervolgens wilde de onderzoekers weten welke celdeling genen dit alles reguleerde. Omdat uit te vinden blokkeerde de onderzoekers chemisch de celdeling, het molecuul dat het beste het pauze effect kopieerde blokkeerde de celcyclus enzym CDKA;1. Was dit molecuul aanwezig tijdens de herstelperiode na de blootstelling aan stress, dan hervatte de cellen hun celdeling niet.

Regulators geïdentificeerd

Vervolgens bestudeerde de onderzoekers de enzymatische inhibitor van CDKA;1, ICK1. Planten die meer ICK1 eiwitten hadden herstelde minder van koude en zout stress dan planten met normale ICK1 hoeveelheden. Wat aangeeft dat CDKA;1 en ICK1 betrokken zijn bij dit pauzeren en herstarten van de celdeling na kou en zout stress.

Dus plantencellen gebruiken een soort van pauze en start concept voor hun celdelingen tijdens stress en de daaropvolgende herstelperiode. Dit maakt het mogelijk om snel hun groei te hervatten wanneer de stress voorbij is. De kennis van welke genen betrokken zijn geeft wetenschappers een opening om herstel nog sneller te maken.

Literatuur

Hazelwood, O.S., Diehl, K.A., Hollenbeck, V., Demura-Devore, J., Herb, D., Gallagher, J.P. and Ashraf, M.A. (2026), Cell cycle follows ‘pause and play’ mechanism in salt and cold stress recovery in diverse plant species. New Phytol. https://doi.org/10.1111/nph.71041

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.