Nighttime chills

Dampening the effects of nighttime chills

Plants respond strongly to cold during the day. While night time chilling only gets a mild response. Now researchers from the University of Galsgow show in the New Phytologist how alternative splicing of REVEILLE2 dampens the effect of nighttime chill.

The circadian clock regulates many aspects of a plant development. Including its response to cold. The clock genes CCA1 and LHY are central to this. They are part of the family of DNA-binding MYB-domain containing genes. With the MYB-domain crucial for their function. Like activating CBFs, cold responsive genes, upon sensing cold during the day. But what happens at dusk was so far unknown.

The researchers decided to find out. For this they used transcript-specific RNA-seq analysis to not only identify which genes change their expression when the nighttime chill comes. But to also find out how different splice variants change in response to cold. There can be variation in the part of a gene that is used by the translation of a gen into a protein. The resulting variants are called the splice variants that gene. Using this technique they found that after just 20 minutes two genes were differently alternative spliced. One showed only a low expression, but the other was highly expressed. Which sparked the interest of the researchers. This gene was RVE2, of REVEILLE2.

RVE2 is telling the rest of the plant: relax, this chill is over soon

RVE2 is part of the same family as CCA1 and LHY. And what the researchers observed was that in warm temperatures the preferred RVE2 splice variant was short without the MYB-domain. But as soon as the temperature dropped, another splice variant appeared, one with the MYB-domain.

Subsequently the researchers studied the influence of the MYB-domain containing splice variant. Hereby using a plant that could not produce the MYB-domain containing splice variant. With help of a circadian reporter gene they revealed that when it is warm these plants were half an hour out of sink with normal plants. This increased to up to an hour in the cold. Linking nighttime chill response to the circadian clock. In addition the researchers found that in contrast to CCA1 and LHY, RVE2 is not activating, but dampening CBFs expression.

It looks as if RVE2 is telling the rest of the plant: relax, this chill is only temporary, soon it will be light and warm again. This study shows how RVE2 integrates normal nighttime cooling into its system. Laying the foundation for further research into how the plant integrates normal seasonal temperature fluctuations into its routine.

Literature

James, A.B., Sharples, C., Laird, J., Armstrong, E.M., Guo, W., Tzioutziou, N., Zhang, R., Brown, J.W.S., Nimmo, H.G. and Jones, M.A. (2023), REVEILLE2 thermosensitive splicing: a molecular basis for the integration of nocturnal temperature information by the Arabidopsis circadian clock. New Phytol. https://doi.org/10.1111/nph.19339

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

Nachtelijke kou

Dempende effecten van nachtelijke kou

Gedurende de dag reageren planten sterk op kou. Terwijl nachtelijke kou maar een milde reactie teweeg brengt. Nu laten onderzoekers van de Universiteit van Glasgow in de New Phytologist zien hoe alternatieve splicing van REVEILLE2 het effect van nachtelijke kou dempt.

De biologische klok reguleert veel aspecten van de ontwikkeling van de plant. Inclusief zijn reactie op kou. De klok genen CCA1 en LHY hebben een centrale rol hierin. Ze zijn onderdeel van een familie van DNA-bindende MYB-domein bevattende genen. Dit MYB-domein is cruciaal voor hun functie. Zoals het activeren van CBFs, kou-reactie genen, bij waarneming van kou gedurende de dag. Maar wat er gebeurt bij het aanbreken van de nacht was tot nu toe onbekend.

De onderzoekers besloten dit uit te zoeken. Hiervoor gebruikten ze transcriptie-specifieke RNA-seq analyse, om zo niet alleen genen te identificeren waarbij de expressie veranderd bij nachtelijke kou. Maar om ook de genen te identificeren wiens splice varianten veranderen als reactie op de kou. Bij het omzetten van een gen in een eiwit kan er variatie zijn in welke stukjes van het gen gebruikt worden. De variaties die zo ontstaan worden splice varianten van dat gen genoemd. De onderzoekers vonden dat 20 minuten na het begin van de nachtelijke kou twee genen wiens splice varianten veranderde. Een van de genen kwam nauwelijks tot expressie. Maar het tweede gen was prominent aanwezig. Iets dat de interesse van de onderzoekers wekte. Dit gen was REVEILLE2, afgekort RVE2.

RVE2 zegt tegen de rest van de plant: relax, deze kou is maar tijdelijk

RVE2 is afkomstig van de zelfde genen family als CCA1 en LHY. En de onderzoekers zagen dat wanneer het warm was de voorkeur uitging naar een RVE2 variant zonder MYB-domein. Maar dat zodra de temperatuur daalde, een ander variant de overhand kreeg, eentje met MYB-domein.

Vervolgens onderzochten de onderzoekers het effect van de MYB-domein bevattende variant. Hiervoor gebruikte ze planten die het MYB-domein bevattende variant niet konden maken. Met behulp van een biologische klok biosensor gen, zagen de onderzoeker dat in een warme omgeving de dag voor deze planten een halfuur langer duurde. In de kou was dit zelfs een heel uur langer. Hiermee laten de onderzoekers zien dat de reactie op nachtelijke kou is geïntegreerd in de biologische klok. Daarnaast zagen de onderzoekers dat in tegenstelling tot CCA1 en LHY, RVE2 de expressie van CBFs dempt.

Alsof RVE2 tegen de rest van de plant zegt: relax, deze kou is maar tijdelijk, het wordt snel weer light en warm. Hiermee laten de onderzoekers zien hoe RVE2 normale nachtelijke kou in z’n systeem integreert. Zo de fundering leggend voor toekomstig onderzoek naar hoe de plant normale seizoen gerelateerde temperatuurschommelingen in zijn leven inpast.

Literatuur

James, A.B., Sharples, C., Laird, J., Armstrong, E.M., Guo, W., Tzioutziou, N., Zhang, R., Brown, J.W.S., Nimmo, H.G. and Jones, M.A. (2023), REVEILLE2 thermosensitive splicing: a molecular basis for the integration of nocturnal temperature information by the Arabidopsis circadian clock. New Phytol. https://doi.org/10.1111/nph.19339

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.

Warning plants

Plants warning you for dangerous substances

What if a plant can tell you that there are dangerous chemicals in the water or the ground? Not by dying but through simply changing its appearance. Now researchers from University of California – Riverside report in Nature Chemical Biology to have done just that.

Organisms are full of biosensors, they use them to respond to a changing environment. Regardless if this environment is the big outside world, or just the other cells within an organism. One of those biosensors is the sensor that plants use to respond to the plant hormone abscisic acid, or ABA. This hormone is involved in a myriad of developmental processes, like germination and regulating stomata opening.

The nice thing about the ABA biosensor and biosensors like it, is that they consist out of multiple parts. A part for sensing a ligand (like ABA). And a part that activates the targets, but only when bound to the ligand sensing part, which in turn only binds the target activating part when bound to the ligand.

Previously the researchers reported that they could adjust the ligand binding part of the ABA biosensor so that it could bind other ligands. In plants however, this had one big back drawback: it messed up with the ABA signalling.

The plants turn beet red upon sensing a banned pesticide

To overcome that they went to a couple of rounds of engineering. First to develop a ligand sensing and a target activating parts that did not bind to the original biosensor parts. This was followed up so the adjusted biosensor parts could bind to each other. Ending up with a second ABA biosensor that functioned independently from the original ABA biosensor.

Starting with this second biosensor they then adjusted it so that it could bind to either azinphos-ethyl and diazinon, both forbidden pesticides, instead of ABA. The result: two biosensors that could bind the banned pesticides in nanomolar quantities. After placing them in plants, the researchers saw no growth defects. Confirming that they indeed function independently from the original ABA biosensor.

The last step to developing a plant that could tell us if it sensed either of the banned pesticides was adding a target. For this they chose the synthetic betalain pigment gene named RUBY. This RUBY when activated produces a pigment that colours the plant beet red.

The resulted plants turn beet red upon sensing a banned pesticide. While at the same time the biosensor does not interfere with the plants own metabolism. A major feat as previously biosensors based on plant receptors messed up the plants ability to develop normally.

Literature

Park, SY., Qiu, J., Wei, S. et al. An orthogonalized PYR1-based CID module with reprogrammable ligand-binding specificity. Nat Chem Biol (2023). https://doi.org/10.1038/s41589-023-01447-7

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

Waarschuwende planten

Planten die waarschuwen voor gevaarlijke stoffen

Stel je eens voor hoe het zou zijn als planten je konden waarschuwen voor gevaarlijke stoffen. Niet door dood te gaan maar door simpel te veranderen hoe ze eruit zien. Nu vertellen onderzoekers van University of California in Nature Chemical Biology dat ze precies dat voor elkaar hebben gekregen.

Organismen zitten vol biosensoren, ze gebruiken ze om te reageren op de alsmaar veranderende omgeving, ongeacht of dit nu buurcellen zijn of de grote buitenwereld. Een van de biosensoren die planten gebruiken is de sensor die reageert op de aanwezigheid van abscisinezuur, of wel ABA. Dit planten hormoon is betrokken bij een groot aantal biologische processen, zoals ontkieming en de regulatie van de opening van huidmondjes.

Het fijne aan de ABA-biosensor en biosensoren die hierop lijken, is dat deze bestaan uit meerdere onderdelen. Een onderdeel voor het waarnemen van een ligand (zoals ABA). En een onderdeel dat doelen activeert, maar alleen wanneer gebonden aan het ligand bindende onderdeel, die op zijn beurt alleen aan het doelen activerende onderdeel bind wanneer er een ligand gebonden is.

Eerder hadden de onderzoekers al gemeld dat ze het ligand bindende onderdeel van de ABA biosensor konden aanpassen zodat het andere stoffen dan ABA kon binden. In planten had dit alleen een nadeel: het gooide de reactie op ABA in de war.

Bij waarneming van verboden pesticiden kleurt de plant bordeauxrood

Om hier wat aan te doen ging de biosensor door een aantal rondes of engineering. De onderzoekers begonnen met het ontwikkelen van ligand bindende en doel activerende onderdelen die niet meer bonden aan de originele biosensor. Hier op volgde een ronde van engineering zodat de aangepaste onderdelen van de biosensor wel aan elkaar binden. Het resultaat een tweede ABA biosensor die onafhankelijk van de originele biosensor kan functioneren.

Vervolgens paste de onderzoekers de nieuwe biosensor zo aan dat het ligand bindende deel de verboden pesticiden azinphos-ethyl of diazinon in plaats van ABA bindt. Dit resulteerde in twee biosensoren die nano-molaire hoeveelheden van de verboden pesticiden kunnen binden. Na het in planten plaatsen zagen de onderzoekers geen nadelige effecten. Het geen nogmaals laat zien dat ze inderdaad als onafhankelijke biosensoren functioneren.

De laatste stap in de ontwikkeling van planden die ons kunnen vertellen of ze een van de verboden pesticiden waarnemen was het toevoegen van een doel voor het doel activerende onderdeel. Hiervoor kozen ze de synthetische betalain pigment gen: RUBY. Dit gen, produceert bij activatie een pigment dat de plant bordeauxrood kleurt.

Het resultaat: een plant die bordeauxrood kleurt wanneer het een van de verboden pesticiden waarneemt. Dit alles zonder de normale hormoonhuishouding van de plant in de war te sturen. Ook niet onbelangrijk aangezien veel biosensoren gebaseerd op planten receptoren de ontwikkeling van de plant ontregelen.

Literatuur

Park, SY., Qiu, J., Wei, S. et al. An orthogonalized PYR1-based CID module with reprogrammable ligand-binding specificity. Nat Chem Biol (2023). https://doi.org/10.1038/s41589-023-01447-7

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.