Sensing temperature

Sensing temperature

Plants sense temperature, but whether this is the actual temperature, or a perceived difference in temperature, that’s what the scientists are not sure about. Now a group of Japanese scientists think they have the answer, at least for the liverwort Marchantia polymorpha.

Temperature sensing is important to avoid cold-related damage. For example, moving the chloroplasts away from the light-irradiated area of the cell to suppress photoinhibition. Chloroplast movement is regulated by the blue light photoreceptor kinase called phototropin or phot for short. Phot likes blue light and gets excited when it detects it, moving the chloroplast closer. However, phot does not like the cold so much, then it moves the chloroplasts away from the light.

To find out if phot is directly sensing the temperature or only a difference in temperature, the researchers designed two experiments, one in which they lowered the temperature by a 5°C difference, and another in which they lowered the temperature by 15°C. But there was a catch in the first experiment the absolute temperature was lower than in the second experiment.

Directly sensing the temperature

The researchers noticed for the first experiment that the chloroplasts moved away from the light. In the second experiment, where the temperature difference was bigger, but the lowest temperature was higher than in the first experiment (12°C in the second vs 5°C in the first experiment) the researchers did not see any movement of the chloroplasts. Suggesting that the plants sense the actual temperature.

To confirm that it was indeed phot that was sensing the temperature, the researchers modified phot so that it became cold insensitive, then even at 5°C the chloroplasts stayed in the light. But only by low levels of blue light, when the researchers increased the blue light intensity, then these chloroplasts with modified phot did move out of the light when it got cold.

A little phosphorylation

To find out how phot manages the sensing of the temperature, the researchers looked at a feature that phot uses to regulate its activity, autophosphorylation. This autophosphorylation takes place randomly at one or multiple spots on the protein. The researchers noticed that how lower the temperature, the more phot is phosphorylated.

But the type of autophosphorylation decides if the chloroplasts are actually moving out of the light. Up to a point the phot protein can autophosphorylate itself, but after that it needs a sister phot protein to do the autophosphorylation for it. As if it needs someone else to find an empty spot. It is only at this point that the chloroplasts start moving out of the light.

Showing both that the level of phosphorylation is a measure of the temperature and that the way of phosphorylation an indication if more action is required.

Literature

Noguchi, M., Fukushima, T., Wakasugi, S. et al. Phototropin monitors actual temperature, not temperature difference, to regulate temperature-dependent chloroplast movement via cis–trans autophosphorylation mode switching in Marchantia polymorpha. Planta 263, 55 (2026). https://doi.org/10.1007/s00425-026-04923-1

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

Planten nemen de temperatuur waar, maar of dit de eigenlijke temperatuur is of het waargenomen verschil in temperatuur, dat weten wetenschappers niet echt. Nu denkt een groep van Japanse wetenschappers het antwoord te hebben, tenminste voor de levermos Marchantia polymorpha.

Temperatuur waarneming is belangrijk om kou-gerelateerde beschadiging te voorkomen. Bijvoorbeeld door de bladgroenkorrels uit het licht beschenen gedeelte van de cel te verplaatsen om foto-inhibitie te onderdrukken. Het bewegen van bladgroenkorrels wordt gereguleerd door een blauwe-licht receptor kinase genaamd phototropin, of phot in het kort. Phot houdt van blauw licht, het raakt daar helemaal opgewonden van en verplaatst de bladgroenkorrels dichter bij het licht. Maar phot houdt niet echt van de kou, dan verplaatst het de bladgroenkorrels weg van het licht.

Om uit te zoeken of phot de temperatuur direct waarneemt, of alleen een verschil in temperatuur, ontwierpen de onderzoekers twee experimenten. In de eerste verlaagde de onderzoekers de temperatuur maar 5°C, en in de tweede met 15°C. Maar er was een twist, in het eerste experiment was de laagste temperatuur lager dan in het tweede experiment.

Direct de temperatuur waarnemen

De onderzoekers zagen dat bij het eerste experiment de bladgroenkorrels weg van het licht bewogen. Maar in het tweede experiment, waar het temperatuur groter was, maar met de laagste temperatuur hoger dan in het eerste experiment (12°C in de tweede vs 5°C in het eerste experiment) zagen de onderzoekers geen beweging van de bladgroenkorrels. Dit suggereert dat planten de eigenlijke temperatuur waarnemen.

Om te bevestigen dat het inderdaad phot was die de temperatuur waarnam, veranderde de onderzoekers phot zo dat deze kou-ongevoelig werd, waarbij de bladgroenkorrels zelf bij 5°C nog in het licht bleven. Maar alleen bij een lage intensiteit van blauw licht. Verhoogde de onderzoekers de intensiteit van blauw licht, dan verplaatste ook deze bladgroenkorrels zich uit het licht wanneer het koud werd.

Een beetje fosforylatie

Om uit te vinden hoe phot de temperatuur waarneemt keken de onderzoekers naar de eigenschap van phot om zichzelf te fosforyleren. Deze fosforylering gebeurt op willekeurig op een of meerder plaatsen op het phot eiwit. Het viel de onderzoekers op dat naar mate de temperatuur af nam de fosforylatie op phot toenam.

Maar het type van fosforylatie bleek te beslissen of de bladgroenkorrels ook daadwerkelijk uit het licht bewogen. Tot op een zeker punt lukt het phot om zichzelf te fosforyleren, daarna heeft het hulp nodig van een zuster phot eiwit om de fosforylatie te doen. Alsof het iemand nodig heeft om een lege plek te vinden. En het is op dit moment dat de bladgroenkorrels uit het licht beginnen te bewegen.

Dit onderzoek laat zowel zien dat het niveau van fosforylatie op phot een maat voor de temperatuur is en dat de manier van fosforyleren een indicatie is dat meer actie nodig is.

Literatuur

Noguchi, M., Fukushima, T., Wakasugi, S. et al. Phototropin monitors actual temperature, not temperature difference, to regulate temperature-dependent chloroplast movement via cis–trans autophosphorylation mode switching in Marchantia polymorpha. Planta 263, 55 (2026). https://doi.org/10.1007/s00425-026-04923-1

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.

Using the pathogens tricks to gain resistance

Using the pathogens tricks to gain resistance

Plants and pathogens are involved in a tug of war. Who wins lives to fight another day. A lot of that fight takes place in the extracellular space, the space between cells, in plant tissues. There plants secrete an arsenal of defence molecules, like proteases, glycosidases and lipases. And the pathogens, they do the same.

One of the proteases whose working is required for resistance against pathogens are the PLCPs. For the tomato infecting oomycete Phytophthora infestans this is no problem. It brings along PLCP inhibiting proteins called EpiCs. And now comes the twist, this oomycete also brings its own PLCP type proteases.

This last bit intrigued a group of researchers in the UK. They set out to characterise the oomycete PLCPs. Two of those stood out and were studied in greater detail, Pain1, and Pain2. Sequence analysis along with activity analysis suggest that these proteases have different targets. Further testing also indicated that Pain1 and Pain2 promote infection of the oomycete.

Pain1 and Pain2 are not inhibited by EpiCs

Then the researchers asked themselves how these pathogen proteases could do their work while there also were the pathogens EpiCs on the loose. To investigate this, they found out that while the tomato PLCP C14 was inhibited by the oomycete EpiC, the oomycete Pain1 and Pain2 where not.

Subsequently, the researchers turned to protein-protein interaction models of EpiC and Pain1, and of EpiC and C14. By comparing both models, the researchers found a group of seven amino acids that are important for the interaction with EpiC. Those seven amino acids were different between Pain1 and C14.

Next the researchers changed these seven amino acids from C14 to those seen in Pain1. This engineered C14 did have comparable activity levels as normal C14, so the protein could still do its job. Then the researchers observed the effect of this engineered C14 on infection with Phytophthora infestans. While plants with non-engineered C14 where happily infected by Phytophthora infestans, plants with engineered C14 were less infected.

This study shows that by really finding out what each of the separate components that are part of a pathogen’s arsenal does can help plant breeders to give plants an edge in the tug of war between plants and pathogens.

Literature

J. Huang, A. Penrose, L. Ossorio Carballo, & R.A.L. van der Hoorn, Pathogen-inspired engineering of plant protease enhances late blight resistance, Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 123 (2) e2524700123, https://doi.org/10.1073/pnas.2524700123 (2026).

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

De trucen van ziektemakers gebruiken voor resistentie

De trucen van ziektemakers gebruiken voor resistentie

Planten en ziektemakers zijn betrokken in een eeuwige strijd. Diegene die wint, leeft om het volgende gevecht aan te gaan. Veel van die strijd vindt plaats in de extracellulaire ruimtes, de ruimte tussen cellen, in planten. Daar scheiden planten verdedigingsmoleculen uit, zoals proteasen, glycosidasen, en lipasen. En de ziektemakers, die doen dat ook.

Een groep van de proteasen waarvan de activiteit nodig is voor resistentie tegen ziektemakers zijn de PLCPs. Helaas is dit voor de tomaat infecterende oömycyte Phytophthora infestans geen probleem. Deze brengt PLCP remmende eiwitten genaamd EpiCs met zich mee. En nu komt er een twist, deze oömycyte heeft ook z’n eigen type PLCPs.

Dit laatste intrigeerde een groep onderzoekers in het Verenigd Koninkrijk. Daarom karakteriseerde de onderzoekers de oömycyte PLCPs. Twee daarvan vielen op en werden in meer detail bestudeerd, Pain1 en Pain2. Sequentie en activiteit analyse suggereren dat deze proteasen op verschillende doelen afgaan. Daarnaast bleek dat Pain1 en Pain2 de infectie van de oömycyte bevorderen.

Pain1 en Pain2 worden niet geremd door EpiC

Vervolgens vroegen de onderzoekers zich af hoe deze ziektemakers proteasen hun werk konden doen terwijl er ook van de ziektemaker afkomstige EpiCs aanwezig waren. Bij nader bestudering zagen de onderzoekers terwijl de activiteit van de van tomaat afkomstige PLCP C14 door de oömycyte EpiC werd geremd, dit niet het geval was voor de oömycyte afkomstige Pain1 en Pain2.

Vervolgens wende de onderzoekers zich tot eiwit-eiwit interactie modellen van EpiC en Pain1 en van EpiC en C14. Door de twee modellen te vergelijken vonden de onderzoekers een groep van zeven aminozuren die belangrijk zijn voor de interactie met EpiC. Deze zeven aminozuren weren verschillend in Pain1 en C14.

Daarop paste de onderzoekers deze zeven aminozuren in C14 aan zodat ze gelijk waren met die in Pain1. Deze geëngineerde C14 had vergelijkbare activiteit met de normale C14, een indicatie dat het eiwit nog steeds z’n werk kon doen. Vervolgens observeerde de onderzoekers het effect ven de geëngineerde C14 op Phytophthora infestans infectie. Terwijl de planten met niet-geëngineerde C14 makkelijk geïnfecteerd raakte, bleek dat voor planten met de geëngineerde C14 minder het geval.

Deze studie laat zien dat bestudering van de verschillende onderdelen van een ziektemakers arsenaal kan helpen om veredelaars planten een voordeel te geven in de eeuwig durende strijd tussen planten en ziektemakers.

Literatuur

J. Huang, A. Penrose, L. Ossorio Carballo, & R.A.L. van der Hoorn, Pathogen-inspired engineering of plant protease enhances late blight resistance, Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 123 (2) e2524700123, https://doi.org/10.1073/pnas.2524700123 (2026).

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.