Acidic roots

Acidic roots

While growing, roots find their way through the soil. This growth is a result of both cell division and the stretching of root cells. Something that is fascinating researchers for years, because how does a plant precisely regulate this growth is still a question. One of the factors that has a role in this process is the changing acidity. Now Czech and German researchers discovered how auxin accumulation locally increases the acidity.

You can divide a root roughly in 5 zones. All the way at the tip of the root is the root cap. Which is protecting the growth region against the obstacles that a growing root comes across. This is followed by a growth zone. The growth region is located here, and here it is that root cells divide. A transition zone connects the growth zone with the elongation zone, where like the name suggest cells stretch out long. The last zone is the maturation zone, where the cells start specializing. Because the cells are all connected to each other, after each cell division all the cells are pushed into the direction of the maturation zone.

To discover how a plant regulates the acidity of its cell walls, and how this is influencing root growth, the researchers made use of a novel dye that visualises the acidity of the cell wall. This dye showed that the cell walls of the root cap and the maturation zone are more acidic than those of the cells in the transition zone. This, it turned out, was not as expected due to a reduction or activity of the AHA-proton pumps.

CNGC14 appears to be the proton-pump regulated via AFB1 that is influencing the acidity

Raising the question, what is regulating this acidity? In order to answer that the researchers studied the effect of another acidity influencer: auxin. When the researchers applied extra auxin to the roots, then the size of the transition zone increased, and the acidity and root growth reduced. Suggesting auxin is accumulating in the transition zone during normal circumstances. To be sure that this was indeed the case, the researchers studied root acidity in a plant whose cells can’t take up auxin. They noticed that the acidity hardly changed over the length of the root.

To discover which protein is responsible to translate the accumulation of auxin into a lower acidity the researchers studied the effect of different auxin receptors. They noticed that plants without the auxin receptor AFB1 did not have a lower acidity in their transition zone. They also discovered that the transition zone of plants without the calcium channel protein CNGC14 did not have a lower acidity compared to the neighbouring zones. CNGC14 appears to be the proton-pump regulated via AFB1 that is influencing the acidity. In addition, it turned out that the roots of plants without AFB1 or CNGC14 had more difficulty finding a way through the soil.

Cells in the transition zone that are reading themselves to be stretched have a lower acidity. This is the result of an accumulation of auxin, which is observed through AFB1, who is via a presently unknown way is telling this to CNGC14. In turn, CNGC14 lowers the acidity of the transition zone. The lower acidity not only is preventing the stretching of the cells in the transition zone. But is also causing an acidity gradient between the transition zone and elongation zone. And it appears, that in particular, this gradient relaxes the cell walls in such a way that the cells can stretch themselves.

Literature

Nelson BC Serre, Daša Wernerová, Pruthvi Vittal, Shiv Mani Dubey, Eva Medvecká, Adriana Jelínková, Jan Petrášek, Guido Grossmann, and Matyáš Fendrych (2023) The AUX1-AFB1-CNGC14 module establishes a longitudinal root surface pH profile. eLife 12:e85193. https://doi.org/10.7554/eLife.85193  

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

Zure wortels

Zure wortels

Al groeiend banen de wortels van een plant een weg door de grond. Deze groei is een gevolg van zowel celdeling als uitstrekking van wortel cellen. Iets wat onderzoekers al jaren fascineert, want hoe reguleert de plant deze groei nu precies. Een van de factoren in dit proces is de veranderende zuurgraad. Nu hebben Tsjechische en Duitse onderzoekers ontdekt hoe auxine ophoping de zuurgraad plaatselijk verhoogd.

Grofweg kan je een wortel in 5 zones opdelen. Helemaal aan het puntje zit de wortelmuts. Deze beschermt de groeikern tegen obstakels die de groeiende wortel tegen komt. Daarna volgt de groei-zone. Hier bevinden zich de groeikern en de delende cellen. Dit gaat via een overgangszone over in de uitstrekkingszone, waar zoals de naam suggereert de cellen zich uitstrekken. Hierna komt de ontwikkelingszone, waar de cellen zich specialiseren. Doordat de cellen met elkaar verbonden zijn schuift na elke celdeling in de groeizone alle cellen een stukje op richting de ontwikkelingszone.

Om te onderzoeken hoe de plant de zuurgraad van de celwanden reguleert en zo wortelgroei beïnvloed, gebruikte de onderzoekers een nieuwe kleurstof die de celwand zuurtegraad zichtbaar maakte. Deze kleurstof liet zien dat de celwanden van de wortelmuts en de ontwikkelingszone zuurder zijn dan die van de overgangszone. Dit bleek bij nader inzien niet zoals verwacht het resultaat te zijn van een verminderde aanwezigheid of werking van de AHA-protonen pompen.

CNGC14 lijkt dus de protonen-pomp te zijn die aangestuurd door AFB1 de zuurgraad beïnvloed

De vraag was dan ook, wat reguleert de zuurtegraad dan wel? Om dat te beantwoorden bestudeerde de onderzoekers het effect van een andere zuurtegraad beïnvloeder: auxine. Gaven de onderzoekers de wortel extra auxine dan nam de lengte van de overgangszone toe, en de zuurgraad en de wortelgroei af. Suggererend dat onder normale omstandigheden dat auxine ophoopt in de overgangszone. Om er zeker van te zijn dat de afnemende zuurgraad inderdaad een gevolg is van de toegenomen ophoping van auxine bestudeerde de onderzoekers de wortel zuurgraad in een plant met cellen die geen auxine kunnen opnemen. Hier zagen ze de onderzoekers dat de zuurgraad laag was en nauwelijks veranderde over de lengte van de wortel.

Om te ontdekken welk eiwit de ophoping van auxine omzet in een lagere zuurgraad analyseerde de onderzoekers het effect van verschillende auxine receptoren. Hierbij viel op dat planten zonder auxine receptor AFB1 geen hogere zuurgraad hadden in hun overgangszone. Ook ontdekte de onderzoekers dat de overgangszone van planten zonder het calcium-kanaal eiwit CNGC14 ook geen hogere zuurgraad hadden. CNGC14 lijkt dus de protonen-pomp te zijn die aangestuurd door AFB1 de zuurgraad beïnvloed. Daarnaast bleken AFB1-loze en CNGC14-loze planten meer moeite te hebben om zich een weg door de aarde te vinden.

Cellen in de overgangszone, die zich klaarmaken om zich uit te strekken, hebben dus een lagere zuurgraad. Dit komt doordat auxine hier ophoopt en doordat AFB1 die ophoping opmerkt en die via een nog onbekende weg aan CNGC14 doorgeeft. Waarna CNGC14 de zuurgraad van de overgangszone verlaagd.  De lagere zuurgraad voorkomt niet alleen dat de cellen zich te vroeg uitrekken. Maar zorgt er ook voor dat er zich een zuurgraad gradiënt vormt tussen de overgangszone en de uitstrekkingszone. En het lijkt erop dat juist dit gradiënt de celwanden versoepeld zodat de cellen zich kunnen uitstrekken.

Literatuur

Nelson BC Serre, Daša Wernerová, Pruthvi Vittal, Shiv Mani Dubey, Eva Medvecká, Adriana Jelínková, Jan Petrášek, Guido Grossmann, and Matyáš Fendrych (2023) The AUX1-AFB1-CNGC14 module establishes a longitudinal root surface pH profile. eLife 12:e85193. https://doi.org/10.7554/eLife.85193

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.

Unlocking a genome

Unlocking a genome

Long before we had wheat we domesticated einkorn, a grain variety which is one of the ancestors of our current bread wheat. There are both domesticated as wild einkorn variants. Moreover, this grain has a high disease resistance. And it has in contrast to the sextuple genome of wheat, a diploid genome. All together an interesting plant. And now an international group of researchers has got its genome completely sequenced.

The researchers wanted to get an as complete as possible overview of the einkorn genome. Therefore, the researchers determined its genome sequence in both a domesticated and a wild variety. Comparing the two showed large overlaps.

After determining the basic genome, the researchers analysed the genomes of 219 einkorn variants in the hope to get to know more about its genetic variety and evolutionary history. They noticed a strong relationship between the domesticated variants and wild variants of the ß-population. But that was not all. The researchers also observed traces of the γ-population, about 1%, in the domesticated varieties.

The unlocking of the einkorn genome can contribute to more robust wheat varieties

Subsequently the researchers compared the einkorn genome with the wheat genome. Hereby they saw about 1% einkorn DNA in wheat genome A. Zooming in it turned out that this einkorn DNA was coming from multiple domesticated einkorn variants. Therefore, it is likely that the precursor of the A genome of wheat was crossed at multiple times with different einkorn variants.

The unlocking of the einkorn genome has for wheat researchers and breeders a large impact. Now breeders can use information from the einkorn genome to identify gene variants that bring disease resistance.

In addition, the researchers show that they can use einkorn to study the effect of wheat gene variants. Now the effect of a gene variant is often masked by multiple alternative versions of the same gene. But in einkorn with only a dipoid genome, this effect is smaller or in the best outcome completely absent. Allowing the effect of the to be studied gene to be observed. In this way even the oldest domesticated crop can still contribute to the development of the crops of the future.

Literature

Ahmed, H.I., Heuberger, M., Schoen, A. et al. Einkorn genomics sheds light on history of the oldest domesticated wheat. Nature (2023). https://doi.org/10.1038/s41586-023-06389-7

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

Ontsluiting van een genoom

Ontsluiting van een genoom

Lang voordat we tarwe hadden domesticeerde we eenkoren, een graansoort dat een van de voorouders van ons huidige tarwe is. Er zijn zowel gedomesticeerde als wilde varianten van eenkoren. Daarnaast vertoont deze graansoort ook nog eens een hoge ziekteresistentie. En heeft het in tegenstelling tot het zesvoudige genoom van tarwe, een diploïd genoom. Dat alles maakt het voor onderzoekers een interessante plant. En nu heeft een internationale groep wetenschappers het genoom van eenkoren geheel in kaart gebracht.

De onderzoekers wilde een zo compleet mogelijk overzicht krijgen van het eenkoren genoom. Daarom bepaalde de onderzoekers de genoom volgorde van zowel een gedomesticeerde als een wilde variant. Bij vergelijking bleek dat deze voor grotendeels overeenkomen.

Na het bepalen van deze basis genomen, analyseerde de onderzoekers de genomen van 219 eenkoren varianten om meer te weten te komen over de genetische variatie en evolutionaire geschiedenis. Hieruit bleek dat de huidige gedomesticeerde varianten een sterke verwantschap hebben met wilde varianten van de ß-populatie. Maar dat niet alleen. De onderzoekers zagen ook sporen terug van de γ-populatie, ongeveer 1%.

De ontsluiting van het eenkoren genoom kan bijdragen aan robuustere tarwesoorten

Vervolgens vergeleken de onderzoekers het eenkoren genoom met het genoom van tarwe. Dit liet zien dat het tarwe A genoom ongeveer 1% eenkoren DNA bevat. Inzoomend bleek dat dit eenkoren DNA afkomstig van meerdere gedomesticeerde eenkoren varianten. Meerdere keren was de voorloper van het tarwe A genoom dus gekruist met een gedomesticeerde eenkoren variant.

Voor tarwe onderzoekers en veredelaars heeft de ontsluiting van het eenkoren genoom grote impact. Nu kunnen veredelaars de informatie uit het eenkoren genoom gebruiken om gen varianten te identificeren die tarwe resistent kunnen maken tegen bepaalde ziektes.

Daarnaast zo laten de onderzoekers zien, kunnen ze eenkoren ook gebruiken om het effect van tarwe gen-variaties te onderzoeken. Deze zijn nu vaak lastig te duiden in tarwe vanwege het zesvoudige tarwe genoom, waarin vaak meerdere alternatieve versies het effect van het te bestuderen gen-variant maskeren. Maar in het eenkoren diploïd genoom is dit effect kleiner, en in het beste geval niet aanwezig. Waardoor het effect van het te bestuderen gen-variant meer opvalt. Zo draagt zelfs het oudste gewas nog bij aan de ontwikkeling van de toekomstige gewassen.

Literatuur

Ahmed, H.I., Heuberger, M., Schoen, A. et al. Einkorn genomics sheds light on history of the oldest domesticated wheat. Nature (2023). https://doi.org/10.1038/s41586-023-06389-7

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.