Orange flowers

Maybe orange will be possible

For lots of flower breeders have one wish: breeding a flower with a unique colour. This allows their flower to stick out in a bunch of flowers. Despite their wish to be unique, some colours remain unattainable. Simply because the plant does not have the enzymes to make that specific colour. For example, without human intervention there are no blue roses, and no orange petunias. Although, we might be mistaken for that last one. Finnish and Dutch researchers showed that there are only a few adaptations needed to get orange flowers.

Petunia flowers get their colour from anthocyanin. These colour the flowers in shades between pink and purple, whereby the precise colour depends for a part on the anthocyanin variant present. One colour that they do not show is orange. This is due to the preference of one of the enzymes needed to make anthocyanins. This enzyme prefers the precursor of the pink/purple variant and does not work with the precursor of the orange variant.

To find out if they could change the preference if this enzyme, the researchers studied the part of the enzyme that grabs its substrate. By comparing this part of the petunia enzyme with that of comparable parts of enzymes that do work with the precursor of the orange anthocyanin the researchers discovered three points that were different in the petunia enzyme.

A subtle colour change from pink to orange

Subsequently the researchers tested if changing these points in the petunia enzyme results in an enzyme that does use the orange precursor as substrate. They did this by doing two tests. In the first test the researchers produce the three versions of the enzyme in tobacco plants. These they extracted and use them to test their substrate preference. Here they noticed that two of the three variants now prefer the precursor of the orange anthocyanin.

To test if this preference also holds in the plant, the researchers introduced those three enzyme variants in petunia plants. While plants without the adapted enzyme had light pink flower, those with the adapted variant with a preference for the orange precursor had an orange hue.

The change in flower colour was not as dramatic as the researchers had hoped for. However, it does show that with only a few changes an orange colour is indeed one of the possibilities. Maybe in the future we might see those orange petunias on the marked after all.

Literature

Vainio J, Mattila S, Abdou SM, Sipari N and Teeri TH (2023) Petunia dihydroflavonol 4-reductase is only a few amino acids away from producing orange pelargonidin-based anthocyanins. Front. Plant Sci. 14:1227219. https://doi.org/10.3389/fpls.2023.1227219

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

Oranje bloemen

Misschien toch oranje bloemen

Voor veel bloemkwekers een wens: het kweken van een bloem met een unieke kleur. Dit maakt dat hun bloem opvalt tussen al de bloemenpracht. Ondanks de wens om uniek te zijn, blijven sommige kleuren onbereikbaar. Simpel omdat de plant niet over de enzymen beschikt die nodig zijn om die kleur te maken. Zo zijn er zonder menselijk ingrijpen geen blauwe rozen, en geen oranje petunia’s. Al hoewel, in die laatste zouden we ons wel eens in vergist kunnen hebben. Finse en Nederlandse onderzoekers laten zien dat er maar een paar aanpassingen nodig zijn in een essentieel enzym om oranje bloemen te krijgen.

De bloemen van petunia’s danken hun kleur aan anthocyanines. Deze geven de bloemen een kleur variërend tussen roze en paars, met de precieze kleur onder andere afhankelijk van de anthocyanine variant. Een kleur die ze niet aannemen is oranje. Dit is te danken aan de voorkeur van een van de enzymen die nodig zijn om de anthocyaninen te vormen. Dit enzym geeft de voorkeur aan de voorlopers van de roze/paarse variant en werkt niet met de voorlopers van de oranje variant.

Om te kijken of ze de voorkeur van dit enzym konden veranderen bestudeerde de onderzoekers het gedeelte van het enzym waar het z’n substraat vastpakt. Door dit gedeelte van het petunia enzym te vergelijken met overeenkomstige gedeeltes van enzymen die wel werken met de voorloper van de oranje anthocyanine variant ontdekte de onderzoekers drie punten waar het petunia enzym anders is.

A subtiele keurverandering van roze naar oranje

Vervolgens testen de onderzoekers of het veranderen van deze punten ook een enzym oplevert met een voorkeur voor de voorloper van de oranje anthocyanine variant. Dit deden ze doormiddel van twee tests. Voor de eerste test lieten ze tabaksplanten de drie veranderde versies van het enzym maken. Deze isoleerde de onderzoekers vervolgens, en testen er de substraat voorkeur mee. Hieruit bleek dat twee van de drie varianten nu een voorkeur voor de oranje voorloper hebben.

Om te kijken of die voorkeur ook aanwezig is in de plant, introduceerde de onderzoekers de drie enzym varianten in petunia planten. Waar planten zonder de aangepaste enzym variant licht roze bloemen hadden, hadden die met een van de aangepaste enzym varianten die een voorkeur hadden voor de oranje voorloper een oranje waas.

De verandering in bloemkleur was subtieler dan waar de onderzoekers op gehoopt hadden. Maar het laat wel zien dat met maar een paar veranderingen een oranje kleur toch mogelijk is. Wie weet zien we in de toekomst nog eens oranje petunia’s op de markt verschijnen.

Literatuur

Vainio J, Mattila S, Abdou SM, Sipari N and Teeri TH (2023) Petunia dihydroflavonol 4-reductase is only a few amino acids away from producing orange pelargonidin-based anthocyanins. Front. Plant Sci. 14:1227219. https://doi.org/10.3389/fpls.2023.1227219

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.

Warm flowers

Warm flowers

We associate warm-bloodedness, or to be more precise the regulation of body temperature through burning nutrients, with animals. With mammals and birds, but not really with plants. There are however, also plants that regulate their temperature independent of their environment. Mostly they do this for a specific organ, for example, their flowers. One of the plant families that is regulating the temperature of their flowers is those of the Amorphophallus, with as most well-known family member the penis plant. But why these plants warm their flowers is unknown. A group of British, Swedish, Swiss, and Israeli scientist made a beginning in answering this question by measuring the temperature regulation of 80 Amorphophallus species.

Characteristic for the flowers of plants of the Amorphophallus family is that their outer leaves form a beaker from a spike is protruding. This spike has a sterile top part, a middle male part with the stamens, and a bottom female part with the ovules. Both the male and the female part are surrounded by the beaker. Earlier researchers noticed that when the plant flowers, the spike heats up.

In order to measure the temperature regulation of the spike, the researchers placed thermometers in each of the three parts of the spike. This allowed the researchers to independently measure the temperature in each part. Which they did for each of the 80 species they studied. They noticed that while the temperature of the sterile and male part of the spike increased during flowering. The temperature of the female part did not.

Long ago the trait of being able to regulate the temperature of their flowers was developed once

The researchers could group the plants roughly in four groups based on the amount of warming. Plants in which the spike temperature did not significantly increase, plants whose spike temperature weakly increased to maximal +2°C, plants that had a clear warming of the spike between +2 and +10°C, and plants whose spike heated up more that +10°C. Most of the measured plants fell in the third group, the so called thermogenic species.

The researchers compared the temperature increases of the Amorphophallus family with their relatedness. From this the researchers could decipher that long ago the trait of being able to regulate the temperature of their flowers was developed once. Later on, multiple species of the family lost this ability again.

Closer examination of what distinguishes the heaters from the non-heaters showed that the heaters often have a thicker and shorter spike. The researchers suggest that this might indicate that beetles pollinate the flowers. The don’t know for sure though, they did not study this. Therefore, it is not jet clear why the studied plants heated their flowers. But with their heat measurements the researchers created a basis from which this can be studied.

Literature

Claudel, C., Loiseau, O., Silvestro, D., Lev-Yadun, S. and Antonelli, A. (2023), Patterns and drivers of heat production in the plant genus Amorphophallus. Plant J, 115: 874-894. https://doi.org/10.1111/tpj.16343

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

Warme bloemen

Warme bloemen

Warmbloedig, of anders gezegd het reguleren van lichaamstemperatuur doormiddel van verbranding van voedingstoffen, associëren we met dieren. Met zoogdieren en vogels, niet echt met planten. Toch zijn er ook planten die hun temperatuur reguleren onafhankelijk van hun omgeving. Vaak voor een specifiek orgaan, bijvoorbeeld hun bloemen. Een van de plantenfamilies die de temperatuur van hun bloemen reguleert is de Amorphophallus, die als bekendste familielid de penisplant heeft. Maar waarom deze planten hun bloemen verwarmen is onbekend. Een groep van Britse, Zweedse, Zwitserse en Israëlische onderzoekers heeft een begin gemaakt met het beantwoorden van deze vraag door de warmteregulatie van 80 Amorphophallus soorten te meten.

Kenmerkend voor de bloemen van planten lid van de Amorphophallus familie is dat hun buitenste bladeren een kelk vormen waaruit een schacht steekt. Deze is op te delen in een steriele top, een middendeel waar de mannelijke meeldraden zich bevinden, en onderste deel met de vrouwelijke ovules. Zowel de ovules als de meeldraden zijn omgeven door de kelk. Wanneer de plant bloeit, zo hebben onderzoekers eerder ontdekt, warmt de schacht op.

Om de warmteregulatie van de schacht tijdens de bloei te meten, plaatsten de onderzoekers een thermometer in elk van de drie delen van de schacht. Hiermee maten de onderzoekers de temperatuur van elk deel afzonderlijk. Dit deden ze voor elk van de 80 soorten die ze bestudeerde. Wat opviel was dat de temperatuur van het steriele, en mannelijke deel van de schacht toenam, dat die van het vrouwelijke deel niet veranderde.

De eigenschap om de temperatuur van hun bloemen te reguleren in een ver verleden een keer is ontstaan

De mate van opwarming konden de onderzoekers in grofweg vier groepen opdelen.  Een groep zonder noemenswaardige opwarming, een groep met zwakke opwarming, tot maximaal +2°C, een groep met een duidelijke opwarming tussen de +2 en +10°C, en een groep van met meer dan +10°C opwarming. Verreweg de meeste gemeten planten vielen in de derde groep, de zogenoemde thermogenetische soorten.

De onderzoekers vergeleken de temperatuursverandering van de planten in de Amorphophallus familie in relatie met hoe verwant deze planten aan elkaar waren. Hieruit konden de onderzoekers opmaken dat de eigenschap om de temperatuur van hun bloemen te reguleren in een ver verleden een keer is ontstaan. Hierna hebben verschillende soorten in de familie deze mogelijkheid weer verloren.

Nader analyse naar wat de opwarmers van de niet opwarmer onderscheid liet zien dat de opwarmers vaak een dikkere en kortere schacht hadden. De onderzoekers suggereren dat dit erop kan duiden dat kevers de bloemen bestuiven. Maar helemaal zeker weten doen ze dat niet, ze hebben het niet onderzocht. Het is dan ook nog niet duidelijk waarom de onderzochte planten hun bloemen verwarmen. Maar met hun warmte metingen hebben de onderzoekers de basis gelegd voor dat onderzoek.

Literatuur

Claudel, C., Loiseau, O., Silvestro, D., Lev-Yadun, S. and Antonelli, A. (2023), Patterns and drivers of heat production in the plant genus Amorphophallus. Plant J, 115: 874-894. https://doi.org/10.1111/tpj.16343

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.