Longer roots

Longer roots in summertime weather

Often warm weather and drought come as a pair. Although there is a reasonable amount known of how the above ground parts of plants deal with this, we know less about how roots deal with the combination of heat and drought. To change this Dutch researchers decide to study this in more detail.

The first thing the researchers did was confirming that the roots indeed respond to a combination of heat and drought. For this the researchers grew tale cress seedlings in soil under different conditions. They compared seedling growing at 20 and 28C. And compared well watered and less well watered seedlings. When the seedlings had enough water then the roots of seedlings growing at 20 and 28 C were of roughly equal length. But were the seedlings less well watered, then the roots of those growing at 28C were longer. There was indeed also a root growth reaction in response to the combination of heat and drought.

Subsequently the researchers started to decipher the genes of the heat-drought protocol. Firstly, they studied the effect of the absence of the water stress regulation gene SnRK2. Roots of plants without SnRK2 were responding less to the combination of heat and drought than those of plants that did have SnRK2. Suggesting that SnRK2 is one of the heat-drought protocol regulatory genes.

COP1 reduction allows the root length to increase

Next on the list were the heat response genes. The effect of the absence of those genes was studied. For one of them COP1 the researchers observed that the plants reacted differently in response to heat and drought. They had even longer roots than plants with COP1.

Following this the researchers studied the influence of the combination of heat and drought on the activation of COP1. They did this by coupling a gene for a fluorescent protein to the COP1-gene on switch. This results in that the gene for the fluorescent protein is turned on when the COP1-gene is turned on. They observed the fluorescent protein mostly in the root hairs. But only under normal conditions. By a combination of heat and drought the protein was hardly visible. Also when the plants were missing SnRK2, then fluorescent protein was hardly visible. This appears to be a little contradictory as on one hand as result of the heat-drought protocol COP1 reduction allows the root length to increase. But in the case of SnRK2 free plants, this increase of root length does not occur even though there is hardly any COP1 present.

SnRK2 is required to keep a stable amount of HY5 available

In order to get more insight into this the researchers studied the effect of a known COP1 regulator, HY5. While studying the heat and drought effect on HY5 it was observed that when the plant only experiences heat, the in root hairs available HY5 was degraded quickly. But experiences the plant both heat and drought than the HY5 in root hairs stabilizes. However, in plants without COP1 HY5 is also stable when the plants only experience heat. But is SnRK1 absent, then the researcher noticed hardly any HY5 in the root hairs.

This all together suggests that SnRK2 is required to keep a stable amount of HY5 available. Only in that case can the heat-drought protocol regulator COP1 influence the amount of HY5 during a combination of heat and drought. The amount of COP1 reduces by heat and drought, allowing the amount of HY5 to increase. And only the increase of HY5 enables root hair increase. But this all depends on the starting values of HY5, is HY5 absent, then COP1 has nothing to regulate.

Literature

Scott Hayes, Cheuk Ka Leong, Wenyan Zhang, Marthe Lamain, Jasper Lamers, Thijs de Zeeuw, Francel Verstappen, Andreas Hiltbrunner, Christa Testerink (2023) Warm temperature and mild water stress cooperatively promote root elongation. bioRxiv 2023.11.30.569400; doi: https://doi.org/10.1101/2023.11.30.569400

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

Langere wortels

Langere wortels bij zomers weer

Hitte en droogte komen vaak als een paar. Alhoewel er al redelijk veel bekend is hoe het bovengrondse deel van planten hiermee om gaan, weten we minder over hoe wortels op de combinatie van hitte en droogte reageren. Om hier verandering in te brengen hebben Wageningse onderzoekers dit bestudeerd.

Het eerste wat de onderzoekers deden was bevestigen dat de wortels inderdaad op de combinatie van hitte en droogte reageerde. Hiervoor groeide ze zandraket zaailingen in potgrond in verschillende condities. Zo vergeleken ze de zaailingen groeiend in 20C en 28C. Daarnaast vergeleken ze het verschil tussen geen water te kort, met een klein beetje water te kort. Was er genoeg water dan waren de wortels van zaailingen groeiend op 20 en 28C ongeveer even lang. Maar bij een te kort aan water waren de wortels van zaailingen groeiend bij 28C langer. Er was dus inderdaad ook bij wortelgroei een reactie op de combinatie van hitte en droogte.

Vervolgens begonnen de onderzoekers met het uitpluizen welke genen het hitte-droogte protocol in de wortels aansturen. Het eerst keken ze naar de waterstress protocol genen SnRK2. De wortels van planten die geen SnRK2 bezaten reageerde minder op de combinatie van hitte en droogte dan planten waar SnRK2 wel aanwezig was. Suggererend dat SnRK2 een van de aansturende genen is.

Wanneer COP1 afneemt neemt de wortellengte toe

Hierna onderzochten de onderzoekers de temperatuurstress protocol genen. Ze bestudeerde het effect op de afwezigheid van veel van deze genen. Maar alleen bij afwezigheid van de COP1 aanstuurders reageerde planten meer op de combinatie van hitte en droogte. De wortels waren nog langer dan in planten met COP1.

Daarop besloten de onderzoekers de invloed van hitte-droogte op het aanschakelen van COP1 te analyseren. Dit deden ze door een COP1 schakelaar aan het gen voor een fluorescerend eiwit te koppelen, zodat bij het aanschakelen van COP1 ook het gen voor het fluorescerend eiwit aangaat. Ze zagen dit fluorescerend eiwit vooral in de wortelharen. Maar alleen onder normale omstandigheden, bij de combinatie hitte-droogte was het eiwit nog nauwelijks zichtbaar. Ook wanneer deze planten SnRK2 miste was het fluorescerend eiwit nauwelijks zichtbaar. Dit is een beetje tegenstrijdig, omdat het aan de ene kant suggereert dat als gevolg van het hitte-droogte protocol COP1 afneemt waardoor de wortel lengte kan toenemen. Maar in het geval van SnRK2 loze planten gebeurt dit niet, ondanks dat er weinig COP1 aanwezig is.

SnRK2 is nodig om een stabiele hoeveelheid HY5 op pijl te houden

Om hierin meer duidelijkheid te krijgen bestudeerde de onderzoekers het effect van een bekende COP1 aanstuurder, HY5. Tijdens het bestuderen van het effect van hitte en droogte van HY5 viel het op dat als er alleen hitte is de plant HY5 in wortelharen snel afbreekt. Maar is er spraken van zowel hitte als droogte dan blijft de hoeveelheid in wortelharen aanwezige HY5 gelijk. Is COP1 echter afwezig dan blijft HY5 ook bij alleen hitte in gelijke hoeveelheid aanwezig. Maar is SnRK2 afwezig, dan zagen de onderzoekers ook bijna geen HY5 in de wortelharen.

Dit alles samen suggereert dat SnRK2 nodig is om een stabiele hoeveelheid HY5 op pijl te houden. Alleen in dat geval kan hitte-droogte protocol aanstuurder COP1 de hoeveelheid HY5 bij hitte en droogte beïnvloeden. Bij hitte en droogte neemt de hoeveelheid COP1 af, waardoor de hoeveelheid HY5 kan toenemen. En alleen bij toename van HY5 neemt de wortellengte ook toe. Maar dit alles hangt af van de begin waarde van HY5, is HY5 afwezig, dan heeft COP1 niks om te reguleren.

Literatuur

Scott Hayes, Cheuk Ka Leong, Wenyan Zhang, Marthe Lamain, Jasper Lamers, Thijs de Zeeuw, Francel Verstappen, Andreas Hiltbrunner, Christa Testerink (2023) Warm temperature and mild water stress cooperatively promote root elongation. bioRxiv 2023.11.30.569400; doi: https://doi.org/10.1101/2023.11.30.569400

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.

New tools

Potential new tools

Nature is full of potential useful tools. Proteins that can do tricks that we find useful or handy. But to use those potential tools optimally requires understanding of how they do the tricks they do. That is why British researchers set to find this out for the potential new protein tool SAP05

SAP05 originates from a bacterium. And is used by said bacterium to infect plants, and to transform them in a kind of zombie. This protein is regulating the directed degradation of a group of proteins who are involved in the switching on and off of developmental genes. Normally directed degradation only takes place when the protein to be degraded is decorated with the correct type of label. But SAP05 is skipping this step. And this is what is making SAP05 a potential tool.

But first it is required to find out how precisely SAP05 is doing this. Therefor the researchers determined its structure. This they did with SAP05 bound to either its degradation target protein, or to a protein of degradation machinery. finding out that SAP05 is a compact globular protein, with a binding place for the soon to be degraded protein at one side, and at the opposite side a binding place for the protein of the degradation machinery.

It is possible to adapt SAP05 in such a way that we can control which proteins it binds

Subsequently the researchers created mutations at the discovered protein binding places. In this way they learn more about the specific protein binding spots. They discovered that a single mutation could be enough to disrupt the binding of the soon to be degraded protein. Showing that the binding with the to be degraded protein is not strong. But still specific.

In contrast, the binding with the protein of the degradation machinery was more robust. Possible, so suggest the researchers because a weaker binding can result in that SAP05 will be degraded together with its target protein.

In addition, the researchers made models of SAP05 together with the whole protein degradation machinery. These like to suggest that SAP05 is positioned in such a way that the soon to be degraded protein bound to SAP05 is automatically shuffled into the degradation machinery.

This research shows how SAP05 works. And that it is possible to adapt SAP05 in such a way that we can control which proteins it binds. Giving SAP05 potential therapeutic uses say the researchers.

Literature

Qun Liu, Abbas Maqbool, Federico G. Mirkin, Yeshveer Singh, Clare E. M. Stevenson, David M. Lawson, Sophien Kamoun, Weijie Huang, Saskia A. Hogenhout (2023) Bimodular architecture of bacterial effector SAP05 that drives ubiquitin-independent targeted protein degradation. PNAS: 120 (49) e2310664120 https://doi.org/10.1073/pnas.2310664120

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

Nieuw gereedschap

Mogelijke nieuw gereedschap

De natuur zit vol met potentiële handige gereedschappen. Eiwitten die kunstjes blijken te kunnen die wij handig of nuttig vinden. Om deze optimaal te gebruiken is het wel nodig om te weten hoe ze hun kunstje flikken. Daarom zochten Britse onderzoekers dit uit voor het mogelijk gereedschap eiwit SAP05.

SAP05 is afkomstig van een bacterie. Die gebruikt het om planten te infecteren en ze in een soort zombies te veranderen. Dit eiwit reguleert namelijk heel precies de afbraak van een groep eiwitten die betrokken zijn bij het aan en uitschakelen van ontwikkelingsgenen. Normaal gesproken vindt specifieke eiwit afbraak alleen plaats als het af te breken eiwit is voorzien van het juiste label. Maar SAP05 slaat deze stap over. En dit maakt SAP05 potentieel stuk gereedschap.

Eerst is wel nodig om te weten hoe SAP05 dit precies doet. Omdat te weten te komen ontrafelde de onderzoekers z’n structuur. Dit deden ze met SAP05 gebonden aan een eiwit voor afbraak, of aan een eiwit dat betrokken is bij de eiwit afbraak machinerie. Hieruit konden ze afleiden dat SAP05 zelf een compacte, ronde structuur heeft. Met aan een kant een bindingsplek voor het af te breken eiwit, en aan de andere kant een bindingsplek voor het eiwit van de afbraak machinerie.

Het is mogelijk om SAP05 zo aan te passen dat we kunnen controleren welke eiwitten het bindt

Vervolgens creëerde de onderzoekers mutaties op de gevonden bindingsplaatsen. Zo kunnen ze hier meer over leren. Hierbij ontdekte de onderzoekers dat met een enkele aanpassing SAP05 vervolgens niet meer aan de af te breken eiwitten bond. De binding met het af te breken eiwit is dus niet zo stevig. Maar wel specifiek.

In tegenstelling, de binding aan het eiwit van de afbraak machinerie bleek robuuster van aard. Mogelijk zo suggereren de onderzoekers omdat een zwakkere binding kan resulteren dat SAP05 samen met het af te breken eiwit degradeert.

Daarnaast maakten de onderzoekers modellen van SAP05 samen met de gehele eiwitafbraak machinerie. Die lijken te suggereren dat SAP05 zo gepositioneerd is dat SAP05 het de aan SAP05 af te breken bindende eiwit als ware in de eiwitafbraak machine schuift.

Dit onderzoek laat zien hoe SAP05 werkt. Dat het mogelijk is om SAP05 zo aan te passen is dat we kunnen controleren welke eiwitten het bindt. Dit geeft SAP05 mogelijk therapeutische toepassingen zo zeggen de onderzoekers.

Literatuur

Qun Liu, Abbas Maqbool, Federico G. Mirkin, Yeshveer Singh, Clare E. M. Stevenson, David M. Lawson, Sophien Kamoun, Weijie Huang, Saskia A. Hogenhout (2023) Bimodular architecture of bacterial effector SAP05 that drives ubiquitin-independent targeted protein degradation. PNAS: 120 (49) e2310664120 https://doi.org/10.1073/pnas.2310664120

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.