Closing the backdoor

Closing the backdoor

Fusarium is a major threat to agriculture. With resistance giving only temporary relieve. Now Dutch researchers report in Plant Biotechnology Journal that they have found a way for plants to lose susceptibility.

The soil fungus Fusarium infects lots of crops, like tomato, cucumber, and banana. Frustratingly, once infected there is nothing a farmer can do to save its crop. And making it even worse, the fungus invisible spores travel easily with us wherever we go.

There are only two ways a crop can deal with Fusarium. That is either to be resistant or not susceptible. For the first the crop relies on the presence of resistance genes that activate its defence response as soon as they spot the Fusarium. While the second relies on the absence of susceptibility genes, which create a backdoor through which the fungus can get in. Although resistance is good, it is easily overcome by the fungus. Making lacking susceptibility genes a better option.

To find the susceptibility genes that make a plant susceptible to Fusarium the researchers went fishing. Using a Fusarium protein, SIX8 that likely functions a key to the plants backdoor. The researchers baited a protein called TOPLESS. A protein that the plant uses to regulate gene expression.

By closing the backdoor the plants lose their susceptibility

To make sure TOPLESS was indeed interacting with SIX8 the researchers added half a fluorescent tag to both proteins. When the proteins are interacting, the tags combine into a fluorescent proteins and light up. When they then looked under the microscope the researchers saw fluorescent signals light up when both proteins were present. What’s more an interaction in yeast also showed that they interacted.

Following the researchers inactivated two TOPLESS proteins in tomato plants, and subsequently infected these plants with Fusarium. When the plant contained one inactivated protein, they got less infected with fusarium, but they did not as well as an resistant tomato variety. Had the plant two inactivated TOPLESS proteins, then they did as well as the resistant tomato variety. They did not get infected.

As TOPLESS is involved in gene regulation, the researchers were worried that the development of the tomato plants might be affected. However, observing the plants while they grew, flowered, and fruited showed only an increase in flower size and an reduction in seed number.

TOPLESS genes are wide spread throughout the plant kingdom. To test if they could make other species also none-susceptible to fusarium, they repeated this analysis for Arabidopsis. Showing that inactivation of two SIX8 interacting TOPLESS proteins in Arabidopsis also make them none-susceptible.

Through closing the TOPLESS backdoor plants lose their susceptibility to Fusarium. This study gives plant breeders a new weapon in their arms race against Fusarium.

Literature

Aalders, T.R., de Sain, M., Gawehns, F., Oudejans, N., Jak, Y.D., Dekker, H.L., Rep, M., van den Burg, H.A. and Takken, F.L.W. (2023), Specific members of the TOPLESS family are susceptibility genes for Fusarium wilt in tomato and Arabidopsis. Plant Biotechnol. J. https://doi.org/10.1111/pbi.14183

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

Sluiting van de achterdeur

Sluiting van de achterdeur

Fusarium is een grote bedreiging voor de agricultuur. Waarbij resistentie alleen tijdelijk respijt kan geven. Nu laten Amsterdamse onderzoekers weten in Plant Biotechnology Journal dat ze een manier hebben gevonden waarmee planten hun vatbaarheid voor Fusarium kwijtraken.

De grondschimmel Fusarium infecteert veel gewassen zoals tomaten, komkommer en bananen planten. Na besmetting is er frustrerend genoeg niks dat een boer kan doen om z’n gewas te redden. En wat het nog erger maakt is dat de schimmels onzichtbare sporen met ons mee reizen.

Er zijn eigenlijk maar twee manieren voor een gewas om met Fusarium om te gaan. Door of resistent of niet vatbaar te zijn. Voor de eerste is de plant afhankelijk van de aanwezigheid van resistentie genen die de verdediging aanschakelen na het opmerken van Fusarium. Terwijl voor het tweede de plant afhankelijk is van de afwezigheid van vatbaarheidsgenen. Deze zorgen voor een achterdeur waardoor de schimmel naar binnen kan glippen. En alhoewel resistentie goed is, kan een schimmel deze ook makkelijk overkomen. Waardoor de afwezigheid van vatbaarheidsgenen een betere optie is.

Om de vatbaarheidsgenen die de plant vatbaar maken te vinden gingen de onderzoekers vissen. Als aas gebruikte ze een Fusarium eiwit, SIX8, dit eiwit functioneert waarschijnlijk als een sleutel voor de achterdeur. Hiermee vingen ze een eiwit TOPLESS genaamd. Een eiwit dat de plant gebruikt om genexpressie mee te reguleren.

Door het sluiten van de achterdeur verliezen planten hun vatbaarheid

Om zeker te zijn dat de interactie tussen TOPLESS en SIX8 daadwerkelijk in de cel plaats vindt voorzagen ze de eiwitten van een half fluorescerend vlaggetje. Vond er interactie plaats dan combineerde de halve vlaggetjes tot een heel fluorescent eiwit dat oplicht. Toen ze door de microscoop keken, zagen wanneer beide eiwitten aanwezig waren een fluorescent signaal oplichten. Daarnaast wisten de eiwitten ook in gist elkaar te vinden.

Nu was natuurlijk de vraag of TOPLESS ook inderdaad als achterdeur voor de schimmel fungeert. Om dit te testen schakelde de onderzoekers TOPLESS uit in tomaten planten. Vervolgens infecteerde ze deze planten met fusarium. Wanneer de planten een geïnactiveerde vorm van TOPLESS bevatte, dan raakte minder besmet met de schimmel, maar deden het niet zo goed als een resistente tomaat. Maar had de plant echter twee geïnactiveerde TOPLESS eiwitten, dan deden de planten het even goed als de resistente tomaten variant. Ze raakte niet geïnfecteerd.

Omdat TOPLESS in de plant zich bezighoud met renregulatie waren de onderzoekers bezorgt over de impact op de ontwikkeling. Maar bij observatie van hoe de planten groeide en ontwikkelde, zagen de onderzoekers alleen een grotere bloemen en afname van het aantal zaden.

TOPLESS genen zijn wijdverspreid door het plantenrijk. Om te testen of ze ook andere soorten onvatbaar voor fusarium konden maken, herhaalde de onderzoekers deze studie met Arabidopsis (zandraket) planten. Hierbij zagen ze dat wanneer ze twee met SIX8 bindende TOPLESS eiwitten uitschakelde in Arabidopsis ook deze planten hun vaatbaarheid voor fusarium verloren.

Door het sluiten van de TOPLESS achterdeur raken planten hun vatbaarheid voor fusarium kwijt. Dit onderzoek geeft planten veredelaars een nieuw wapen in de strijd tegen fusarium.

Literatuur

Aalders, T.R., de Sain, M., Gawehns, F., Oudejans, N., Jak, Y.D., Dekker, H.L., Rep, M., van den Burg, H.A. and Takken, F.L.W. (2023), Specific members of the TOPLESS family are susceptibility genes for Fusarium wilt in tomato and Arabidopsis. Plant Biotechnol. J. https://doi.org/10.1111/pbi.14183

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.

Natural GMO

Natural GMO

The genome of an organism is not a static thing. It is continuously moving. Genes change, they acquire extra functions or lose them. At sometimes a genome inherits new genes. At other times a gene is lost. Al together a genome is totally dynamic. One of those is the acquiring of genes through lateral gene transfer, or the acquiring of a gene without sex. One of the organisms that does this, are plants. Now researchers from the UK, France and Swiss found out how often lateral gene transfer occurs.

When you study the genomes of multiple individuals of a species, then you will find genes that are present in all individuals, those are part of the core-genome. Then there are genes that are present in some individuals but not in others, the so-called accessory genes. Together, the core-genome and the accessory genes form the pangenome. One way in which accessory genes enter the genome is via lateral gene transfer. The researchers studied this in a family of grasses.

Often this are useful genes

To be able to do this the researchers sequenced the genome of five individuals of the grass family. Doing this revealed that there were at least 168 genes coming from different plant families. Focussing on those genes the researchers analysed how often they occurred in other individuals of the studied grass family. While the researchers noticed that all of the analysed genes were present in some of the studied individuals. None of the genes were present in all individuals.

Subsequently the researchers analysed the dynamics of acquiring and losing those lateral acquired genes. They noticed that an individual acquires on average every million years 2 to 15 lateral transferred genes. Of those it loses half within 3 to 6 million years.

Focussing on the genes the plants keep, the researchers noticed that this are often useful genes. Like genes for disease resistance, or stress tolerance. Also, genes from other species that were functioning better that its native genes were allowed to stay. This last group in turn caused its native equivalents to be lost. Again, research shows us that nature is not making much of a fuss about where a gene is coming from. As long as it is useful.

Literature

Raimondeau, P., Bianconi, M.E., Pereira, L., Parisod, C., Christin, P.-A. and Dunning, L.T. (2023), Lateral gene transfer generates accessory genes that accumulate at different rates within a grass lineage. New Phytol. https://doi.org/10.1111/nph.19272

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

Natuurlijke GMO

Natuurlijke GMO

Het genoom van een organisme is geen staties iets. Het is volop in beweging. Genen veranderen, krijgen er extra functies bij, of verliezen deze juist. Soms erft het genoom nieuwe genen. Andere keren gaat er een gen verloren. Al met al zit het genoom vol dynamiek. Een daarvan is het opdoen van nieuwe genen doormiddel van laterale gen overdracht, of te wel het verkrijgen van een nieuw gen zonder seks te hebben gehad. Ook planten doen hieraan mee. Nu hebben Engelse, Franse, en Zwitserse onderzoekers uitgezocht hoe vaak zo’n laterale gen overdracht nu voorkomt.

Wanneer je de genomen van meerdere individuen van een soort bekijkt, dan vind je genen die in alle individuen aanwezig zijn, die van het kern-genoom. Maar ook genen die wel in sommige individuen voorkomen, maar niet in andere, de zo genaamde toegevoegde genen. Samen vormen het kern-genoom en de toegevoegde genen het pan-genoom van een soort. Deze toegevoegde genen kunnen het genoom binnen komen via laterale gen overdracht. De onderzoekers zochten uit hoe vaak dit nu voorkomt bij een familie van grassen.

Dit zijn vaak nuttige genen

Hiervoor brachten ze het genoom van vijf individuen van de gras familie in kaart. Hierbij zagen de onderzoekers dat er minstens 168 genen waren die afkomstig waren van verschillende andere plantenfamilies. Voor deze genen analyseerde de onderzoekers of ze voorkwamen in andere individuen van de onderzocht gras familie. Al hadden alle geanalyseerde individuen wel een aantal van de 168 genen. Geen van de genen was aanwezig in alle individuen.

Vervolgens keken de onderzoekers naar de dynamiek van het verkrijgen en verliezen van deze lateraal verkregen genen. Hierbij zagen de onderzoekers dat gemiddeld gezien een individu per miljoen jaar 2 tot 16 genen lateraal verkrijgt. Waarbij de helft alweer na 3 tot 6 miljoen jaar verloren is.

Kijkend naar welke genen de plant wel houdt viel op dat dit vaak nuttige genen zijn. Zoals genen voor ziekteresistentie, of stress tolerantie. Ook genen van andere soorten die een verbetering van het eigen gen zijn mochten blijven. De laatste groep zorgde er weer voor dat het oorspronkelijke gen verdwenen kon zijn. Zo laat dit onderzoek weer eens zien dat de natuur zelf het niet zo nauw neemt met waar een gen vandaan komt. Zo lang het maar nuttig is.

Literatuur

Raimondeau, P., Bianconi, M.E., Pereira, L., Parisod, C., Christin, P.-A. and Dunning, L.T. (2023), Lateral gene transfer generates accessory genes that accumulate at different rates within a grass lineage. New Phytol. https://doi.org/10.1111/nph.19272

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.