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.

protein deciphering

Deciphering the working of a protein

Proteins are the workers of a cell. But how these workers do their job is often unknown. Still researchers can make educated guesses based on how a protein looks, and where and when it is present in a cell and organism. But to really get to know what a protein does there is no other option than to study its parts in detail. Work that keeps lots of researchers occupied. As it did the Dutch researchers that studied how SCZ works, a protein that is needed for the correct growth of roots.

Plants that do not have any SCZ do not have any growth centres in their roots. Moreover, their root cap is unorganised, they have an extra layer of cells, and their root hairs don’t grow from the cells on the outer layer of the root, but from a deeper layer within. Al together lots of things going wrong. The question is what is the job of SCZ?

To find this out, the researchers analysed which part of SCZ is needed to rescue plants without any SCZ. In this regard, they made mutations in specific parts of the SCZ protein and inserted this protein into plants without SCZ. Studying the resulted plant showed that the DNA binding domain and the organizing domain where required for the rescue of plants without SCZ.

The DNA binding domain is giving SCZ its specificity

Based on these results and existing knowledge the researchers studied if SCZ is involved in either repressing or promoting the reading of genes. They did this by adding the active part of a known gene promotor or gene repressor to SCZ. Subsequently the researchers analysed which of these SCZ forms could rescue the roots of plants that did not have any SCZ. This occurred for the gene repressing addition, but not for the gene promoting addition. Suggesting that SCZ is a gene repressor.

Lastly the researchers studied which part of the SCZ protein is needed for specific gene-repression. This they did through swapping the DNA binding domain and organisation domain with those of a closely related protein. This showed that the DNA binding domain, not the organisation domain is giving SCZ its specificity.

Through the detailed studying of each part of SCZ the researchers discovered that SCZ is a gene repressor which is getting its specificity from its DNA binding domain. Now the next challenge is finding out which genes are repressed by SCZ.

Literature

Renan Pardal et al., (2023) SCHIZORIZA domain-function analysis identifies requirements for its specific role in cell fate segregation, Plant Physiology, kiad456, https://doi.org/10.1093/plphys/kiad456

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

eiwit uitpluizen

Het uitpluizen van een eiwit

Eiwitten zijn de werkers van een cel. Maar hoe deze werkers hun werk doen is vaak onbekend. Al kunnen onderzoekers wel een suggestie doen op basis van hoe het eiwit eruitziet, waar en wanneer het eiwit aanwezig is in de cel en het organisme. Echter om echt te weten te komen hoe een eiwit z’n werk doet zit er niets anders op dan dit minutieus uitpluizen. Werk waar veel onderzoekers druk mee zijn. Zo ook Wageningse onderzoekers die uitzochten hoe SCZ werk, een eiwit dat nodig is voor de groei van wortels.

Planten die SCZ missen hebben geen groeikern in hun wortels. Daarnaast is hun wortelmuts ongeorganiseerd, hebben ze een extra laag cellen, en groeien de wortelharen niet op de buitenste cellaag van de wortel, maar vanuit een diepere laag. Al met al gaat er behoorlijk wat mis. De vraag was dan ook wat voor werk doet SCZ?

Om dit uit te zoeken, gingen onderzoekers na welk onderdeel van SCZ nodig is om SCZ-loze planten te herstellen. Hiervoor maakte ze SCZ met mutaties in specifieke delen van het eiwit en voegde deze toe aan SCZ-loze planten. Bestudering van deze planten liet zien dat het DNA-binding domein en het organisatie domein van SCZ nodig zijn voor het herstel van SCZ-loze planten.

Het DNA-binding domein geeft SCZ zijn specificiteit

Op basis van dit resultaat en bestaande kennis onderzochten de onderzoekers vervolgens of SCZ nodig is om het aflezen van bepaalde genen te onderdrukken of juist te promoten. Dit deden ze door het actieve deel van een bekende gen-onderdrukker of gen-promoter aan SCZ toe te voegen. Vervolgens keken de onderzoekers of deze vormen van SCZ de wortels van SCZ-loze planten konden herstellen. Dit gebeurde bij SCZ met het gen-onderdrukkende toevoeging maar niet met het gen-promotende toevoeging. Suggererend dat SCZ een gen-onderdrukker is.

Vervolgens bestudeerde de onderzoekers welk deel van het SCZ-eiwit voor specifieke onderdrukking zorgt. Dit deden de onderzoekers doormiddel van het verwisselen van het DNA-binding domein en organisatie domein met die van een aan SCZ verwant eiwit. Hierbij bleek dat het SCZ DNA-binding domein SCZ zijn specificiteit geeft.

Door het minutieus uitpluizen van wat elk onderdeel van SCZ doet zijn de onderzoekers erachter gekomen dat SCZ een gen-onderdrukker is die z’n specificiteit dankt aan z’n DNA-binding domein. Nu is de volgende uitdaging het uitzoeken van welke genen door SCZ worden onderdrukt.

Literatuur

Renan Pardal et al., (2023) SCHIZORIZA domain-function analysis identifies requirements for its specific role in cell fate segregation, Plant Physiology, kiad456, https://doi.org/10.1093/plphys/kiad456

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.