Directing cell divisions

Directing cell divisions

Multicellular organisms come in lots of different forms and shapes. Al coming from the same invention: RHO GTPases, proteins that give a cell its polarity. Now a team of Austrian researchers show in Current Biology that the plant specific RHO GTPase, ROP, is required for both the polarity and orientation of cell division.

Without influence on polarity and orientation cell divisions can only result in multicellular blobs. The large diversity of multicellular organisms indicates that polarity and orientation do influence cell divisions. One of the proteins that influences this in plants are ROPs. But it is difficult to study how far the influence of ROPs reach, as most plants have multiple ROPs compensating for each other when one of them falls away. That’s why the researchers turned to the liverwort Marchantia polymorpha, which has only one ROP.

After studying liverworts without ROP, the researchers noticed multiple miss formed organs. The air holes, for example, were missing their roof. Subsequently the researchers analysed the precise location of ROP during the development of these air holes.

By simply giving polarity to cells, ROPs influences the shape of an orgainism

They observed that cell membranes at the side of the future daughter cell collected ROP proteins. Moreover, ROP proteins were also present there were the new cell wall was created. This suggests that ROP makes sure  that cell divisions take place in a specific orientation and (a)symmetry. Enabling the formation of tent like structures, the air holes.

In absence of ROP, the researchers noticed, that the plant is unable to for the roof of the tent. Studying the cell divisions, the researchers observed that the cells did not divide asymmetrically. This prevented them to make the kind of sidewards cell divisions that are required for forming the roof.

In this way a single ROP, by giving cells polarity, can influence the shape of an organism. With multiple ROPs, the cell shape itself, and that of the whole organism can even more precisely be influenced. And in the case of a ROP gene failing, other ROPs can prevent that the final shape diverges to far from what was planned.

Literature

Mulvey, Hugh et al. (2023) RHO GTPase of plants regulates polarized cell growth and cell division orientation during morphogenesis. Current Biology, 33 (14), 2897 – 2911.e6 https://doi.org/10.1016/j.cub.2023.06.015

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

Celdelingen regisseren

Celdelingen regisseren

Meercellige organisme komen in grote verscheidenheid voor. Dat danken ze aan hetzelfde eiwit: RHO GTPase. Deze eiwitten geven een cel polariteit. Nu laat een team van Oostenrijkse onderzoekers in Current Biology zien hoe de plant specifieke RHO GTPase, ROP, nodig zijn voor zowel de polariteit als de oriëntatie van celdelingen.

Zonder invloed op de polariteit en oriëntatie van celdelingen kunnen er enkel meercellige blobs bestaan. De verscheidenheid aan meercellige organismen laat zien dat die invloed er weldegelijk is. Een van de eiwitten die dit in planten beïnvloed zijn ROPs. Maar het is lastig te onderzoeken hoever de invloed van ROPs strekt, veel planten hebben er namelijk meerdere ROPs die elkaars functie gedeeltelijk overnemen mocht er een uitvallen. Daarom richtte de onderzoekers zicht tot de levermos Marchantia polymorpha, die heeft maar een ROP.

Bij bestudering van levermossen zonder ROP zagen de onderzoekers verschillende misvormde organen. Zo hadden bijvoorbeeld de luchtzakjes geen overkapping. Vervolgens analyseerde de onderzoekers de precieze locatie van ROP gedurende de ontwikkeling van deze luchtzakjes.

Door simpel cellen van polariteit te voorzien beïnvloed ROP de uiteindelijke vorm van het organisme

Hierbij zagen ze dat ROP zich op het celmembraan verzamelde aan de kant van de toekomstige dochtercel. Ook was ROP aanwezig daar waar de nieuwe celwand ontstaat. Op deze manier lijkt ROP ervoor te zorgen dat celdelingen in een bepaalde richting en (a)symmetrie plaats vinden. Hierdoor is het mogelijk om een op een tent lijkende structuur te vormen, de luchtzakjes.

Bij afwezigheid van ROP, zo zagen de onderzoekers, lukt het de plant niet om het dak van de tent te vormen. Bij bestudering van de celdelingen viel het de onderzoekers op dat de cellen geen asymmetrische celdelingen maakte. Hierdoor lukte het niet om asymmetrisch zijwaarts te delen, iets wat nodig is voor het vormen van een dak.

Op deze manier kan ook een enkele ROP dus door simpel cellen van polariteit te voorzien de uiteindelijke vorm het organisme beïnvloeden. Meerder ROPs kunnen de vorm van cellen en de uiteindelijke vorm nog preciezer beïnvloeden. En mocht er een uitvallen, zo ook voorkomen dat de uiteindelijke vorm te ver afwijkt van de beoogde vorm.

Literatuur

Mulvey, Hugh et al. (2023) RHO GTPase of plants regulates polarized cell growth and cell division orientation during morphogenesis. Current Biology, 33 (14), 2897 – 2911.e6 https://doi.org/10.1016/j.cub.2023.06.015

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.

Airy shoots

Airy shoots

Plants grow towards the light. A phenomenon that keeps fascinating researchers. Now Swiss researchers show in Science that having airy spaces in young shoots helps plants to determine from which side the light is coming.

Phototropism is the phenomenon of growing towards the light. Plants are using receptors that are sensitive to blue light to determine from which side the light is coming from. Blue light is turning these receptors on, so they can influence auxin distribution. When there is an equal amount of blue light from all sides, then no auxin gradient is formed. But when one side of the shoot is receiving more blue light then only the receptors of that side of the shoot turn on, enabling an auxin gradient to form. This in turn influences shoot growth: the shoot bends towards the light. But how exactly the blue light receptors perceive the difference in the amount of blue light was still unknown.

At least till now. Swiss researchers stumbled on a tale cress seedling with a transparent young shoot. When they studied the effect of this transparency they noticed that this plant was showing less phototropism. It still reacted to blue light, but very slowly. And often not as expected. This, it turned out, was not the fault of its blue light receptors, these still functioned fine.

Airy shoots create the necessary scattering of light

During the unravelling of this mystery, the researchers noticed one thing: transparent seedlings did not float in water. A thing that normal seedlings do, suggesting they contain more air. To analyse this the researchers studied slices of shoots under the microscope. By normal seedlings the space where three cells join is hollow. In contrast, in the transparent seedlings this space appeared to be filled.

Subsequently the researchers studied the effect these hollow spaces on light penetration. While in normal seedlings the hollow spaces strongly scatter the light. This did not occur in the transparent seedlings. The hollow, air containing spaces enable the forming of a stronger blue light gradient.

Lastly the researchers studied the effect of the blue light gradient on the activation of the blue light receptors. They observed that when normal seedlings receive blue light from one side, only the blue light receptors of that site are turn on. In contrast in the transparent seedlings the blue light receptors across the shoot were activated. They did not observe a blue light gradient.

Airy shoots create the necessary scattering of light. Only in this way a light gradient that is strong enough for blue light receptors to detect can be formed. Allowing plants to grow towards the light.

Literature

Ganesh M. Nawkar et al., (2023) Air channels create a directional light signal to regulate hypocotyl phototropism. Science382,935-940. DOI: 10.1126/science.adh9384

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

Luchtige stengels

Luchtige stengels

Planten groeien naar het licht toe. Een fenomeen dat onderzoekers fascineert. Nu laten onderzoekers in Zwitserse onderzoekers in Science zien dat het hebben van luchtgaten in jonge stengels helpt om te bepalen waar het licht vandaan komt.

Fototropisme is het fenomeen van naar het licht toe groeien. Om te bepalen waar het licht vandaan komt gebruiken planten receptoren die gevoelig zijn voor blauwlicht. Blauwlicht zet deze receptoren aan, waarna ze de distributie van auxine beïnvloeden. Komt er evenveel blauwlicht van alle kanten dan blijft de hoeveelheid auxine overal gelijk. Maar ontvangt een kant van de stengel meer blauw licht dan gaan de receptoren maar aan een kant van de stengel aan, en ontstaat er een auxine gradiënt, wat de stengelgroei beïnvloed: de stengel buigt naar het licht. Maar hoe het precies komt dat de blauwlicht receptoren maar aan een kant aangaan was onbekend.

Dat wil zeggen, tot nu. Zwitserse onderzoekers stuitte op een zandraket zaailing waarvan de jonge stengel doorzichtig was. Toen ze bestudeerde wat voor effect deze doorzichtigheid had, viel het op dat dit plantje minder fototropisme vertoonde. Het reageerde nog wel op blauwlicht, maar heel langzaam. En lang niet altijd als verwacht. Dit bleek trouwens niet aan de blauwlicht receptoren te liggen. Die functioneerde nog prima.

Luchtige stengels zorgen voor de nodige verstrooiing van het licht

Tijdens het ontrafelen van dit mysterie viel een ding op. Zaailingen met een doorzichtige stengel zonken wanneer ze in het water kwamen. Normale zandraket zaailingen blijven wel drijven, wat suggereert dat ze meer lucht bevatten. Om dit te analyseren bekeken de onderzoekers stengel doorsneden onder de microscoop. Bij normale zaailingen zagen de onderzoekers daar waar drie cellen samenkomen een holle ruimte. Die ruimte bleek bij de doorzichtige zaailingen gevuld te zijn.

Vervolgens bestudeerde de onderzoekers wat het effect hiervan op de doorlaadbaarheid van licht is. Daar waar in normale planten de holle ruimtes het licht strek verstrooit, gebeurde dit niet bij de doorzichtige zaailingen. De holle, lucht bevattende ruimtes zorgen dus dat in de stengel er een sterker gradiënt van blauwlicht ontstaat.

Als laatste bestudeerde de onderzoekers wat voor effect dit heeft op het aanslaan van de blauwlicht receptoren. Hierbij zagen ze dat als normale zaailingen blauwlicht van een kant krijgen, alleen de blauwlicht receptoren aan de licht ontvangende kant aangaan. Dit in tegenstelling tot de doorzichtige zaailingen, hier gingen de blauwlicht receptoren overal in de stengel aan. Ze namen geen licht gradiënt waar.

Luchtige stengels zorgen dus voor de nodige verstrooiing van het licht. Alleen zo kan er een licht gradiënt ontstaan dat sterk genoeg is voor blauwlicht receptoren om dit te kunnen onderscheiden. Zo kunnen planten naar het licht toe groeien.

Literatuur

Ganesh M. Nawkar et al., (2023) Air channels create a directional light signal to regulate hypocotyl phototropism. Science382,935-940. DOI: 10.1126/science.adh9384

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.