Learned early

Learned early

A good immune response is important to quickly overpower incoming pathogens. Now researchers show in Plant Cell that that basis of this response stems from 500 million years ago.

Immune receptors are important for the recognition of pathogens. Plants have multiple types of immune receptors. One of those are the NLR immune receptors located inside the cell. A fair amount is known about the NLR-proteins of flowering plants. But researchers don’t know that much of NLR-proteins of non-flowering plants. That he researchers decided to investigate in more detail.

Firstly they fished for 33 different plants, from algae to flowering plants, all NLR genes from their genome. Using the gene sequence, the researchers studied the different modules those NLR genes contained. They came across known modules, like TIR and CC. But the noticed also modules that did not occur often in NLRs of flowering plants.

The big variety of NLR immune receptors illustrates that there are many ways to get an immune response

Subsequently the researchers analysed how much the NLRs of non-flowering plants contributed to the immunity of plants. First they studied this for NLRs with TIR and CC modules. Mostly because lots is known about those modules. The researchers selected 20 TIR modules and 5 CC modules from non-flowering plants. Those they placed in plants of the tabaco family. Followed up by analysing the immune response in the form of cell death. For 11 of the TIR modules and 3 of the CC modules they observed a strong immune response. In a similar way the researchers analysed two modules that did not occur in NLRs of flowering plants. Also for these modules the researchers observed a strong immune response in the form of cell death.

Lastly the researchers analysed the CC modules in more detail. They noticed that the CC modules of non-flowering plants have a MEAPL motif where CC modules of flowering plants have a MADA motif. For the MADA motif it is known that it is essential for the functionality of the NLR protein. For the MEAPL motif this also appears to be the case. Changed the researchers the motif a little bit, then the resulting NLR protein did no longer work. In addition, the NLR protein kept its functionality when the researchers swopped the MEAPL motif for the MADA motif.

It appears that NLR immune receptors originated long for the origin of flowering plants. Probably contributing to the immunity of plants. The big variety of NLR immune receptors illustrates that there are many ways for this. Even the same functionality can be gained in multiple ways, like the CC module illustrates. Better knowledge about how those not that well known NLR modules work, can in time contribute to a better immunity of crops.

Literature

Khong-Sam Chia, Jiorgos Kourelis, Albin Teulet, Martin Vickers, Toshiyuki Sakai, Joseph F Walker, Sebastian Schornack, Sophien Kamoun, Philip Carella, The N-terminal domains of NLR immune receptors exhibit structural and functional similarities across divergent plant lineages, The Plant Cell, 2024;, koae113, https://doi.org/10.1093/plcell/koae113

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

Jong geleerd

Jong geleerd

Een goede immuunreactie is belangrijk om binnendringende ziekteverwekkers snel de baas te zijn. Nu tonen onderzoekers in Plant Cell aan dat de basis hiervoor al 500 miljoen naar geleden gelegd werd.

Immuun receptoren zijn belangrijk voor het herkennen en snel reageren op ziekteverwekkers. Planten hebben meerdere soorten immuun receptoren. Een daarvan zijn de NLR immuun receptoren die binnen in de cel zitten. Over NLR-eiwitten van bloeiende planten is redelijk veel bekend. Maar onderzoekers weten niet zo veel over de NLR-eiwitten in niet-bloeiende planten. Daar besloten de onderzoekers verandering in te brengen

Het eerste wat ze deden was om voor 33 verschillende planten, van algen tot bloeiende planten, alle NLR genen uit hun genoom te vissen. Aan de hand van de gen-sequentie bestudeerde de onderzoekers uit welke modules de NLR genen bestonden. Daarbij vonden ze de van de bloeiende planten bekende modules, zoals TIR en CC. Maar ze zagen ook modules die bij NLRs van bloeiende planten niet of niet zo vaak voorkwamen.

De grote verscheidenheid aan NLR immuun receptoren illustreert dat immuniteit op veel manier verkregen kan worden

Vervolgens bestudeerde de onderzoekers in hoeverre NLRs van niet-bloeiende planten bijdragen aan de immuniteit van planten. Beginnend met TIR en CC modules. Mede omdat er veel over bekend is. De onderzoekers selecteerde 20 TIR en 5 CC modules van niet-bloeiende planten. Deze plaatste ze in verschillende planten van de tabaksfamilie. Waarna ze de immuun reactie, in de vorm van celdood, bestudeerde.  Bij 11 van de TIR modules en 3 van de CC-modules was er een sterke immuunreactie. Daarnaast testte de onderzoekers op dezelfde manier twee modules die niet voorkwamen in bloeiende planten. Ook met deze modules zagen de onderzoekers een sterke immuunreactie in de vorm van celdood.

Als laatste bestudeerde de onderzoekers de CC modules in meer detail. Hierbij viel op dat de CC module in niet bloeiende planten een MEAPL motief bevat, daar waar die van bloeiende planten een MADA motief hebben. Van het MADA motief is bekent dat deze essentieel is voor een functioneel NLR eiwit. Het MEAPL motief bleek dit ook te zijn. Veranderde de onderzoekers dit motief iets, dan werkte het resulterende NLR eiwit niet meer. Daarnaast behield het NLR eiwit z’n functionaliteit bij verwisseling van het MEAPL motief voor het MADA motief.

NLR immuun receptoren waren dus al lang voor het ontstaan van bloeiende planten aanwezig. Waarschijnlijk bijdragend aan de immuniteit van planten. De grote verscheidenheid aan NLR immuun receptoren illustreert dat dit op veel manieren kan. Zelfs dezelfde functionaliteit kan op meerder manieren verkregen zijn, zoals de CC module illustreert. Beter kennis over hoe de nog niet zo bekende NLR modules werken kan op den duur bijdragen aan betere immuniteit van gewassen.

Literatuur

Khong-Sam Chia, Jiorgos Kourelis, Albin Teulet, Martin Vickers, Toshiyuki Sakai, Joseph F Walker, Sebastian Schornack, Sophien Kamoun, Philip Carella, The N-terminal domains of NLR immune receptors exhibit structural and functional similarities across divergent plant lineages, The Plant Cell, 2024;, koae113, https://doi.org/10.1093/plcell/koae113

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.

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.