Double break

Double break

One of a seedlings first reactions to salt is stepping on the break. Now researchers from Scotland and Italia show in the New Phytologist how the protein HDC1 is regulating how hard the plant is pressing this break.

To make sure that stress genes are not accidentally turned on they are decorated by markings that make them unreadable. Then, when stress does occur, HDAC protein complexes remove those markings. A by the researchers earlier discovered part of this complex is HDC1. But how HDC1 is making those stress genes readable again was still unknown. That the researchers aimed to change.

Their first priority was to find out which genes HDC1 regulates. Sequencing the RNA, showed the researchers that already 3 hours after exposure to salt a lot of genes were turned on or off. In addition the researchers studied with help of ChIP-Seq to which genes HDC1 binds in response to salt stress. This resulted in four genes ABI3, LEA, MAF5, and RAB18. When ABI3 and LEA are turned on they repress germination and growth of seedlings.

HDC1 to regulates precisely the amount of ‘panic’ that is needed

Subsequently the researchers studied which markings HDC1 changes by salt stress. For this they used plants with and without HDC1. In non-stressed plants the researchers did not see any difference in the markings of plants with or without HDC1. But by the occurrence of salt stress, then in plants without HDC1 the genes ABI3, LEA, MAF5, and RAB18 had more acetyl-markings, but less methyl markings. Together this shift in marking turned on ABI3, LEA, MAF5 and RAB18, causing growth to stop.

Interaction with histone H1 was needed for changing the methyl markings. In the absence of histone H1 the genes ABI3, LEA, MAF5, and RAB18 were less marked with methyl-markings during salt stress. But only those markings were affected, not the acetyl markings. As only the methyl-markings change, ABI3, LEA, MAF5, and RAB18 are turned on only a little bit, slowing growth, but not stopping it.

As HDC1 is adjusting both the methyl as acetyl markings, it has the function of a double break. Enabling HDC1 to precisely regulate the amount of ‘panic’ that is needed. Preventing the plant to enter into a situation where it can not get out of. Like in the case of salt stress by germination, as the possibility exist that with a little more growth the root will encounter a patch without too much salt.

Literature

Perrella, G., Fasano, C., Donald, N.A., Daddiego, L., Fang, W., Martignago, D., Carr, C., Conti, L., Herzyk, P. and Amtmann, A. (2023), Histone Deacetylase Complex 1 and histone 1 epigenetically moderate stress responsiveness of Arabidopsis thaliana seedlings. New Phytol. https://doi.org/10.1111/nph.19165

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

Dubbele rem

Dubbele rem

De eerste ingeving van ontkiemende zaailingen wanneer ze zout waarnemen is om op de rem te trappen. Nu laten onderzoekers uit Schotland en Italië zien in the New Phytologist hoe het eiwit HDC1 reguleert hoe ver de plant de rem indrukt.

Om er voor te zorgen dat stressgenen niet zomaar aangaan, zijn ze voorzien van markeringen die ze onleesbaar maken. Bij stress halen HDAC eiwit complexen deze eraf. Een door de onderzoekers eerder ontdekt onderdeel van dit complex is HDC1. Maar hoe HDC1 de stressgenen weer leesbaar maakte was nog onbekend. Daar wilde de onderzoekers verandering in brengen.

De eerste prioriteit van de onderzoekers was uitvinden welke stressgenen HDC1 reguleert. Met behulp van het sequensen van RNA lieten de onderzoekers zien dat 3 uur na blootstelling aan zout er al behoorlijk wat genen aan en uitgezet zijn. Daarnaast bekeken ze met behulp van ChIP-Seq aan welk genen HDC1 na zout stress bindt. Dit leverde 4 genen op ABI3, LEA, MAF5, en RAB18. Staan ABI3 en LEA aan dan houden ze de ontkieming en groei van zaailingen tegen

HDC1 reguleert nauwkeurig welke mate van ‘paniek’ er nodig is

Vervolgens bestudeerde de onderzoekers welke markeringen HDC1 bij zoutstress veranderd. Hiervoor gebruikte ze planten met en zonder HDC1. Zonder stress zagen de onderzoekers geen verschil in de markeringen tussen planten met en zonder HDC1. Maar in planten zonder HDC1 waren gedurende zoutstress ABI3, LEA, MAF5, en RAB18 meer met acetyl-markeringen, maar minder met methyl-markeringen gemarkeerd. Samen zorgen deze markeringen ervoor dat ABI3, LEA, MAF5, en RAB18 aanstaan, en de groei stopt.

Voor de methyl-markeringen was samenwerking met histone H1 nodig. Bij afwezigheid van dit eiwit waren ABI3, LEA, MAF5, en RAB18 bij zoutstress minder met methyl-markeringen gemarkeerd. Dit beïnvloede alleen de methyl-markeringen niet de acetyl-markeringen. Doordat alleen de methyl-markeringen veranderen gaan ABI3, LEA, MAF5, en RAB18 maar een beetje aan, de groei gaat langzamer.

Doordat HDC1 zowel de methyl- als acetyl-markeringen kan aanpassen, hanteert het eiwit een dubbele rem. Hiermee kan HDC1 nauwkeurig reguleren welke mate van ‘paniek’ er nodig is. Zo kan de plant voorkomen dat het in een situatie terecht komt waar het niet uit kan komen. In het geval van zoutstress bij ontkieming bestaat er immers de mogelijkheid dat met iets meer groei de wortel in een zoutvrije omgeving komt.

Literatuur

Perrella, G., Fasano, C., Donald, N.A., Daddiego, L., Fang, W., Martignago, D., Carr, C., Conti, L., Herzyk, P. and Amtmann, A. (2023), Histone Deacetylase Complex 1 and histone 1 epigenetically moderate stress responsiveness of Arabidopsis thaliana seedlings. New Phytol. https://doi.org/10.1111/nph.19165

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.

Tracking the sun

Tracking the sun

Sunflowers track the sun during the day, while by night they ‘reset’ themselves, ready to start the morning by facing east. A process that scientists have called heliotropism, or the following of the sun. The regulatory mechanism behind this is still unknown, even though researchers from the University of California try to shine some light on it with their latest article in Plos Biology.

Sunflowers and other heliotropic plants follow the sun. They do this by growing a bit more on the sun facing side of the stems during the day. For the ‘reset’ during the night they grow a bit more on the shade side of the stems. For a long time scientist expected that heliotropism was a combination of phototropism, a.k.a. the growing towards the light, and autostraightening, a.k.a. growing with a straight posture. So when the researchers set out to find out how heliotropism is regulated they expected to find a mechanism that overlapped with phototropism and autostraighening. They did not.

In order to find a hint of the regulatory mechanism behind heliotropism they looked to gene expression using RNA sequencing analysis. They grew two week old sunflower plants inside with a blue light coming from one side. In addition, they grew two week old sunflower plants outside. From all these plants they collected samples at multiple times during the day. From the inside plant samples were taken from the shade and light facing side of the plant. From those growing outside they took samples from the east and west side of the plant. Then they compared the outcome of the analysis of these samples.

This study shed some light on how it is not regulated

The gene expression of the samples from plants that grew inside was as expected. With genes involved in phototropism showing differences in the shade and light facing side of the plant during the day. With a different set of genes likely to be involved in autostraigthening being activated during the night. So far, so good.

But when the researchers had a look at the analysis of the outside grown plants, they found something different. They observed the gene expression following a clear day-night rhythm, no matter whether the samples came from the east of west side of the plant. Although at the same time they did see only a very subtle phototropism or autostraigthening gene expression pattern. But nothing enough to be certain about. As if the observed heliotropism was something that was simply maintained, no changes in gene expression required.

To test this hypothesis the researchers studied plants that were just placed outside. Here they noticed that during the first day activation of some of the known phototropism genes. But only during the first day outside. This effect was gone the following day.

While not discovering the regulatory mechanism of heliotropism, this study shed some light on how it is not regulated. At the very start there might be some overlap with phototropism. But as soon as heliotropism gets underway, it is maintained in a still unknown independent way.

Literature

Brooks CJ, Atamian HS, Harmer SL (2023) Multiple light signaling pathways control solar tracking in sunflowers. PLOS Biology 21(10): e3002344. https://doi.org/10.1371/journal.pbio.3002344

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 zon volgend

De zon volgend

Gedurende de dag volgen zonnebloemen de zon, terwijl s’ nachts ze zichzelf ‘resetten, klaar om de dag oostwaarts kijkend te beginnen. Een proces dat onderzoekers heliotropism noemen, of wel het volgen van de zon. Het achterliggende regulatie mechanisme is nog steeds onbekend. Al proberen onderzoekers van de Universiteit van Californië hier wel licht op te schijnen met hun nieuwste publicatie in Plos Biology.

Zonnebloemen en andere heliotropische planten volgen de zon. Dit doen ze door gedurende de dag iets meer te groeien aan de zonnekant. Om zichzelf vervolgens te resetten groeien ze gedurende de nacht iets meer aan de schaduw kant te groeien. Voor een lange tijd verwachte onderzoekers dat heliotropisme een combinatie was van fototropisme, of wel het groeien naar het licht, en autostraightening, of wel het recht tegen de zwaartekracht in groeien. Dus toen de onderzoekers probeerde uit te vinden hoe heliotropisme is gereguleerd, verwachte ze dat dit overlapte met dat van fototropisme en autostraightening. Maar dit bleek niet zo te zijn.

Om een hint te krijgen van hoe de plant heliotropisme reguleert bestudeerde de onderzoekers gen expressie met behulp van het sequensen van RNA. Hiervoor groeide ze twee weken oude zonnebloemen of te wel binnen met blauw licht van een kant komend, of wel buiten. Van de binnen groeiende planten verzamelde ze monsters gedurende de dag van zowel de schaduw als lichte kant van de stengel. Voor de planten die buiten groeide namens ze monsters van zowel de oost als west kant van de stengel. Vervolgens vergeleken ze de analyse uitkomst van deze monsters.

Dit onderzoek heeft het licht geschenen op hoe het niet is gereguleerd

De onderzoekers zagen bij de monsters van de planten die binnen groeide wat ze verwachte. Waarbij genen betrokken bij fototropisme gedurende de dag een verschillende expressie hadden afhankelijk of ze aan de schaduw of lichte zijde van de stengel bevonden. Een tweede set genen, die waarschijnlijk betrokken waren bij autostraigthening, waren actief gedurende de nacht. Tot nu toe als verwacht.

Maar toen de onderzoekers een de gegevens van de monsters van de buiten groeiende planten bestudeerde vonden ze iets anders. Ze zagen dat bij de genen die een verschil in expressie hadden, dit verschil hem lag in het dag-nacht ritme van deze genen, niet aan of de monsters van de oost of west kant van de plant kwamen. Te gelijker tijd zagen ze een heel subtiel effect fototropisme of autostraigthening op de gen expressie. Maar meer alsof heliotropisme iets was dat onderhouden moest worden, waarbij geen verandering in gen expressie bij nodig was.

Om deze hypothese te testen bestudeerde de onderzoekers plant in de eerste dagen nadat ze van binnen naar buiten verplaatst waren. Hierbij zagen ze activatie van enkele bekende fototropisme genen tijdens de eerste dag. Maar alleen gedurende de eerste buiten dag. Het effect was de volgende dag alweer verdwenen.

Al heeft deze studie het regulatie mechanisme van heliotropisme niet ontdekt. Wel heeft het licht geschenen op hoe het niet is gereguleerd. Al heeft heliotropisme wanneer de plant het aanzet iets van overlap met fototropisme, zodra heliotropisme is opgestart onderhoud de plant dit op een nog onbekende manier.

Literatuur

Brooks CJ, Atamian HS, Harmer SL (2023) Multiple light signaling pathways control solar tracking in sunflowers. PLOS Biology 21(10): e3002344. https://doi.org/10.1371/journal.pbio.3002344

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.