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.

Apparently not synchronised

Apparently not synchronised

In spring all plants of the same species appear to flower at the same time. Their age apparently does not matter. Now American researchers show that age may indeed have a role.

Synchronised flowering of plants is the source of exuberant floral splendour. At the same time it helps with the pollination of the flowers. To make sure that their flowering is in step with that of others of their species plants use many environmental factors. Like temperature and daylength. But the age of the plant also plays a role. As for success a plant needs to flower before it dies.

The researchers decided to study to what effect age plays a role in flowering time. This they did using plants that need a cold period before they can flower. In addition they kept all other environment factors constant so that they did influence on the outcome. In comparison with plants that did not need a cold period to flower, the flowering of plants that did require a cold period appeared to be more synchronized.

With the emphasis on appeared. Closer analysis made clear that also plants that need a cold period flower asynchronous. Plants that germinated well before the cold period started flowered sooner after the cold period than plants that had just germinated at the start of the cold period. Although those last ones were younger when flowering.

The rate of FT activation appears to be correlated with the age of the leaf

To find an explanation the researchers studied how strongly the flowering-gene FT and the FT repressing gene FLC were turned on in the different leaves of the plant. FT appeared to be strongly expressed in leaves that grew during and after the cold period, but was hardly expressed in leaves that were present before the cold period started. In contrast FLC was strongly expressed in leaves that grew before the cold period, but less in leaves that grew during the cold period, and mostly turned off in leaves that grew after the cold period.

FT was not turned on at the same rate as FLC was turned off. From this it appears that during the cold period FT is not losing its repression by FLC but probably also activated by an unknown factor. The amount of activation appears to correlated with the age of the leaf that the researchers were studying.

All together a lot of assumptions. But enough to be able to say that there are other factors, in addition to a cold period, that determine when a plant flowers. One of the factors that the researchers like to study in more detail is age.

Literature

Huang, P.-K., Schmitt, J. and Runcie, D.E. (2024), Exploring the molecular regulation of vernalization-induced flowering synchrony in Arabidopsis. New Phytol. https://doi.org/10.1111/nph.19680

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

Toch niet synchroon

Toch niet synchroon

In het voorjaar lijken alle planten van een soort te gelijk te bloeien. Hun leeftijd lijkt er niet toe te doen. Nu laten Amerikaanse onderzoekers zien dat leeftijd weldegelijk een rol kan spelen.

De uitbundige bloemenpracht in het voorjaar is deels te danken aan het synchroon bloeien van planten van dezelfde soort. Dit helpt het met de bevruchting van de bloemen. Om te zorgen dat hun bloei gelijk is met dat van hun soortgenoten maken planten gebruik van zoveel mogelijk omgevingsfactoren. Zoals temperatuur en daglengte. Maar de leeftijd van de plant heeft ook een vinger in de pap. Voor succes is het namelijk wel handig dat een plant bloeit voordat deze doodgaat.

De onderzoekers besloten te analyseren in hoeverre de leeftijd invloed heeft op de bloeitijd. Dit deden ze met planten die een koude periode nodig hadden voordat ze kunnen bloeien. De onderzoekers zorgde ervoor dat andere omgevingsfactoren geen invloed kon hebben door de planten in constante condities te groeien. In vergelijking met planten die geen koude periode nodig hadden leken deze planten meer synchroon te bloeien.

De nadruk hier ligt op lijkt. Bij nader analyse bleken ook de planten die een koude periode nodig hadden asynchroon te bloeien. Planten ontkiemt ver voor de koude periode inging bloeide eerder dan planten die net ontkiemt waren bij de start van de koude periode. Al bloeide die laatste planten wel op een jongere leeftijd.

Hoe sterk FT aangaat hangt samen met de leeftijd van het blad

Om dit te verklaren bestudeerde de onderzoekers hoe sterk het bloei-gen FT en het  FT onderdrukkende gen FLC in verschillende bladeren van de plant aanstond. FT bleek in grotere mate aan te staan in de bladeren die groeide tijdens na de koude periode dan in bladeren die al aanwezig waren voor de koude periode inging. FLC daar en tegen stond aan in de bladeren die groeide voor de koude periode, minder aan in bladeren die groeide tijdens de koude periode en zo goed als uit in de bladeren na de koude periode.

FT gaat dus niet in dezelfde mate aan als FLC uitgaat. Dit suggereert dat tijdens de koude periode er FT niet alleen de FLC onderdrukking verliest, maar waarschijnlijk ook door een nog onbekende factor geactiveerd wordt. En de mate van activatie lijkt dan weer samen te hangen met de leeftijd van het blad dat de onderzoekers bestudeerde.

Alles bij elkaar nog een hoop aannames. Maar genoeg om te kunnen zeggen dat behalve een koude periode ook andere, nog onbekende, factoren bepalen wanneer een plant bloeit. Een van de factoren die de onderzoekers nader willen bestuderen is leeftijd.

Literatuur

Huang, P.-K., Schmitt, J. and Runcie, D.E. (2024), Exploring the molecular regulation of vernalization-induced flowering synchrony in Arabidopsis. New Phytol. https://doi.org/10.1111/nph.19680

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.