Sensing temperature

Sensing temperature

When heat strikes plants can not just find a place in the shade. Instead they initiate their heat protocol. Now German and French researchers report in Nature that they found one of the switches of this protocol.

One of the things that the heat stress protocol regulates is making sure that not to much water evaporates. For this the hormone ABA is responsible. One of the things that ABA regulates like a manager is the opening and closing of stomata. This enables plants to keep water in. This clear reaction to heat makes it a great tool for screening for heat tolerance.

To find the switch of the heat stress protocol, the researchers went searching for plants that reacted differently to heat. They noticed one mutant, that did not made any TWA1, that was much more susceptible to heat stress than other plants. Plants with an ABA-receptor that lights up in the presence of ABA, lighted up more when there was more TWA1 present. But it did this only at temperatures above 25°C. Plants growing at 20°C did not light up at all.

Plants with extra TWA1 deal better with heat stress

To study TWA1 in more detail the researchers replaced a part of TWA1 with that of a part of TWA1 coming from plants that were growing at higher or lower temperatures. When the part was coming from plants growing at lower temperatures then the ABA-reporter also lighted up at a lower temperature. But was the TWA1 part coming from a plant growing at higher temperatures, then the ABA-receptor lighted up at higher temperatures.

Subsequently the researchers analysed with which other proteins TWA1 interacts. They noticed that the interaction of TWA1 with the gene regulator JAM2 only occurs during during heat stress. TWA1 appears to unfold itself more and more by increasing temperatures. Giving JAM2 access to its binding place on TWA1. In addition they researchers noticed that TWA1 interacts with gen regulator TLP.

Lastly the researchers studied if they could make plants more heat tolerant using TWA1. One approach was to give plants more TWA1. These plants grew just as well under stress free circumstances. But the appeared to do better during heat stress. Closer study indicated that these plants had a higher activation of their heat stress protocol.

The temperature sensor TWA1 appears to be the ideal candidate to make plants more heat tolerant. Without the cost that comes from activating the heat stress protocol at stress free temperatures.

Literature

Bohn, L., Huang, J., Weidig, S. et al. The temperature sensor TWA1 is required for thermotolerance in Arabidopsis. Nature (2024). https://doi.org/10.1038/s41586-024-07424-x

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

Temperatuur waarnemen

Temperatuur waarnemen

Bij hitte kunnen planten niet zomaar een plekje in de schaduw opzoeken. In plaats daarvan schakelen planten hun hitte protocol in. Nu hebben Duitse en Franse onderzoekers een van de schakelaars van dit protocol gevonden melden ze in Nature.

Het hitte stress protocol behelst onder andere zorgen dat er niet te veel water verdampt. Hiervoor is het hormoon ABA verantwoordelijk. Een van de dingen die ABA als een soort manager reguleert, is de opening en sluiting van de huidmondjes. Zo houdt de plant water binnen. Deze duidelijke reactie op hitte maakt dit een handig instrument om voor hitte tolerantie te selecteren.

Om de hitte schakelaar te vinden, gingen de onderzoekers op zoek naar mutanten die anders op hitte reageerde. Hierbij viel een mutant op, die het TWA1 gen miste, die was veel gevoeliger voor hitte dan andere planten. Planten met een ABA-reporter, die oplichtte in aanwezigheid van ABA, lichtte meer op naarmate er meer TWA1 aanwezig was. Maar deed dit alleen bij temperaturen boven de 25°C. Planten groeiend bij 20°C lichtte niet op.

Extra TWA1 maakt planten beter bestand tegen hitte stress

Om TWA1 verder te bestudeerden vervingen de onderzoekers een deel van TWA1 met het overeenkomstige deel van TWA1 van een plantensoort die bij lagere of  hogere temperaturen groeien. Was het vervangende stuk afkomstig van een plant groeiend bij lagere temperaturen, dan lichte de ABA-reporter ook bij een lagere temperatuur op. Maar TWA1 vervangers van planten groeiend bij hogere temperaturen schakelde de ABA-reporter bij hogere tempreraturen aan. TWA1 is dus een temperatuur sensor.

Vervolgens gingen de onderzoekers na met welke andere eiwitten TWA1 samenwerkt. Hierbij viel op dat de samenwerking van gen regulator JAM2 alleen plaatsvind bij hitte stress. TWA1 lijkt zich naarmate de temperatuur toeneemt zich meer en meer te ontvouwen. Hierdoor komt de plek waar JAM2 aan TWA1 bind beschikbaar en bindt JAM2 aan TWA1. Daarnaast zagen de onderzoekers dat TWA1 samenwerkte met gen regulator TPL.

Als laatste gingen de onderzoekers na hoe ze planten met behulp van TWA1 beter hitte bestendig konden maken. Om dit te onderzoeken zorgde de onderzoekers dat planten meer TWA1 aanmaakte. Deze planten deden het bij stress vrije temperaturen net zo goed als planten met minder TWA1. Maar ze bleken beter bestand tegen hogere temperaturen. Nader onderzoek wees uit dat dit kwam omdat ze het hitte protocol meer activeerde.

De temperatuur sensor TWA1 lijkt dus een ideale kandidaat om planten meer hitte bestendig te maken, zonder dat dit ten koste gaat van groei bij stress vrije temperaturen.

Literatuur

Bohn, L., Huang, J., Weidig, S. et al. The temperature sensor TWA1 is required for thermotolerance in Arabidopsis. Nature (2024). https://doi.org/10.1038/s41586-024-07424-x

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.

Armed against salt

Armed against salt

When there is an extensive amount of salt plants take action. One of the things they do, as researchers lead by Christa Testerink show in The Plant Cell, is adapting their cell wall. To prevent weakening by sodium ions.

Plants, just like other organisms, don’t like an extensive amount of salt. It damages their cells. When they got the chance they actively grow away from salt. But avoidance is not always possible. That is why the researchers studied the effect of too much salt when the root does not have a chance to grow away.

The first thing they needed was a visible change. This they found in a stress test in which they challenged Arabidopsis roots to a change in gravity and salt stress. Roots that had to deal with both gravity and salt stress grew less quickly downwards again than roots that only had to deal with a gravity challenge.

Subsequently the researchers analysed root growth of 345 different Arabidopsis varieties challenged this way. They noticed that the speed and readjustment to gravity differed between varieties. This the researchers used to identify the genes that contribute to this variety. Narrowing down on one gene ExAD that varied between the different Arabidopsis varieties analysed.

ExADs job is to make sure that in the presence of too much salt the cell wall doesn’t break down

From ExAD it is known that it contributes to the sturdiness of the cell wall. But how this contributes to better salt tolerance was so far unknown. To find this out the researchers exposed seedlings without ExAD to the gravity/salt test. They noticed that the roots of seedlings without ExAD grew quicker downwards again that roots of seedlings with ExAD.

But studying their cell wall showed that this was not due to the fact that they were more salt tolerant. They actually were not. The molecules in their cell walls were less connected to each other. This resulted in a weaker cell wall. Weaker cell walls allow for easier bending of the roots. But they also allow more salt molecules to cross.

ExAD job is to make sure that in presence of salt the cell wall stays strong enough. But more research is needed to analysed how variation in the ExAD gene contribute to salt tolerance. So breeders can use that information in their breeding for salt tolerant crops.

Literature

Yutao Zou, Nora Gigli-Bisceglia, Eva van Zelm, Pinelopi Kokkinopoulou, Magdalena M Julkowska, Maarten Besten, Thu-Phuong Nguyen, Hongfei Li, Jasper Lamers, Thijs de Zeeuw, Joram A Dongus, Yuxiao Zeng, Yu Cheng, Iko T Koevoets, Bodil Jørgensen, Marcel Giesbers, Jelmer Vroom, Tijs Ketelaar, Bent Larsen Petersen, Timo Engelsdorf, Joris Sprakel, Yanxia Zhang, Christa Testerink, Arabinosylation of cell wall extensin is required for the directional response to salinity in roots, The Plant Cell, 2024;, koae135, https://doi.org/10.1093/plcell/koae135

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

Gewapend tegen zout

Gewapend tegen zout

Bij een overdaad aan zout onderneemt de plant actie. Onder andere, zo laten onderzoekers onder leiding van Christa Testerink in The Plant Cell weten, bij hun celwand. Deze passen ze aan om schade door natrium ionen te voorkomen.

Planten houden net als veel andere organismen niet van een te veel aan zout. Het tast hun cellen aan. Als ze de kans hebben groeien ze er actief van weg. Maar vermijding is niet altijd mogelijk. Daarom bestudeerde de onderzoekers het effect van een te veel aan zout als de wortel geen keus heeft om er vanaf te groeien.

Het eerste wat ze nodig hadden is een zichtbare aanpassing. Deze vonden de onderzoekers toen ze Arabidopsis wortels zowel een zwaartekracht uitdaging gaven als zout stress. Wortels die ook met zout stress te maken hadden groeide minder snel weer recht naar beneden dan wortels die enkel een zwaartekracht uitdaging hadden.

Vervolgens analyseerde de onderzoekers de wortel groei 345 verschillende Arabidopsis variaties onder deze omstandig heden. Hierbij zagen ze enige variatie in de snelheid en mate waarmee de wortel weer recht omlaag ging groeien. Deze variatie gebruikte de onderzoekers vervolgens om de hieraan bijdragende genen mee op te sporen. De waargenomen variatie correleerde aan de verschillen in die de onderzoekers zagen in het ExAD gen.

ExAD zorgt bij aanwezigheid van te veel zout dat de celwand stevig genoeg blijft

Van ExAD was al bekend dat het bijdraagt aan de stevigheid van de celwand. Maar hoe dat bijdraagt aan een beter zouttolerantie was tot nu toe onbekend. Om dit te testen onderwierpen de onderzoekers zaailingen zonder ExAD aan de zwaartekracht/zout test. Wat opviel was dat de wortels van zaailingen zonder ExAD sneller dan de zaailingen met ExAD weer recht naar benenden groeiden.

Maar bestudering van de celwand wees erop dat dit niet kwam omdat ze beter tegen zout konden. Juist het tegenover gestelde. De moleculen in hun celwand waren minder met elkaar verbonden. Dit maakte de celwand zwakker. Zwakkere celwanden maken het makkelijker voor de wortel om te buigen. Maar laten ook meer zout moleculen door.

ExAD zorgt er dus voor dat in aanwezigheid van zout voor dat de celwand stevig genoeg blijft. Meer onderzoek is nodig om te analyseren hoe de verschillende variaties in het ExAD gen bijdragen aan zouttolerantie. Zodat veredelaars deze kennis kunnen gebruiken bij het kweken van zouttolerante gewassen.

Literatuur

Yutao Zou, Nora Gigli-Bisceglia, Eva van Zelm, Pinelopi Kokkinopoulou, Magdalena M Julkowska, Maarten Besten, Thu-Phuong Nguyen, Hongfei Li, Jasper Lamers, Thijs de Zeeuw, Joram A Dongus, Yuxiao Zeng, Yu Cheng, Iko T Koevoets, Bodil Jørgensen, Marcel Giesbers, Jelmer Vroom, Tijs Ketelaar, Bent Larsen Petersen, Timo Engelsdorf, Joris Sprakel, Yanxia Zhang, Christa Testerink, Arabinosylation of cell wall extensin is required for the directional response to salinity in roots, The Plant Cell, 2024;, koae135, https://doi.org/10.1093/plcell/koae135

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.