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.

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.