By stress hit pause

By stress hit pause

Stresses, like cold and salt stress, impact plant growth. Not only during the stress but also during the recovery. Now Canadian researchers discovered how during stress plants pause their cell division, which they continue after the stress is gone.

Plant growth basically consists of dividing and elongating cells. The researchers wanted to know which of these two processes caused the growth effect seen in stressed plants. After exposing Arabidopsis, brachypodium, and annual ryegrass to cold and salt stress the researchers observed reduced root growth. From which the plants recovered after being placed in a non-stress environment.

As the researchers were interested in finding out if cell division was affected during cold and salt stress, they used a cell cycle marker to follow cell divisions during cold or salt exposure and their recovery afterwards. This enabled the researchers to see that during stress exposure there was less cell division. But that during recovery both cell division and elongation started again.

Cell division on hold

Now is cell division a process that takes place in different phases, a preparation, or gap phase, an S phase in which the genome is duplicated, another gap phase, and an M phase in which the cell splits in two daughter cells. There are two kinds of actions cells can take when exposed to stress. The first is to pause the cell division, and the second is to finish an ongoing cell division and wait then with subsequence cell divisions till the stress has passed. The researchers noticed that during stress the plant cells go for the first option, they paused their division in one of the gap phases. Waiting out the stress there.

Subsequent the researchers wanted to know which cell division genes were regulating this pause during the stress. To find out they chemically blocked the cell division. The chemical that best copied the observed pause effect blocked the function of the cell cycle enzyme CDKA;1. Was this chemical present during the recovery after stress exposure, then the cells did not resume their division.

Identification of the regulators

Subsequently the researchers studied the enzymatic inhibitor of CDKA;1, ICK1. Plants that made more ICK1 proteins recovered less from cold and salt stress than plants with normal amounts of ICK1. Indicating that CDKA;1 and ICK1 are involved in this pause and restart during and after cold and salt stress.

So, plant cells use a sort of pause and play concept for their cell divisions during stress and the subsequent recovery. This allows them to quickly continue with their growth after the stress passed. Knowing which genes are involved gives scientists an opening to try to make this recovery take place even faster.

Literature

Hazelwood, O.S., Diehl, K.A., Hollenbeck, V., Demura-Devore, J., Herb, D., Gallagher, J.P. and Ashraf, M.A. (2026), Cell cycle follows ‘pause and play’ mechanism in salt and cold stress recovery in diverse plant species. New Phytol. https://doi.org/10.1111/nph.71041

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

Druk op pauze bij stress

Druk op pauze bij stress

Stress, zoals koude en zout stress, beïnvloeden de groei van planten. Niet alleen tijdens de stress maar ook gedurende de herstelfase. Nu laten Canadese onderzoekers zien hoe gedurende de stress planten hun celdeling op pauze zetten, en herstartten nadat de stress verwijderd is.

Groei bij planten bestaat in de basis uit celdeling en zich uitrekkende cellen. De onderzoekers wilde weten welke van deze twee processen voor het groei effect zorgde bij stressende planten. Na blootstelling van Arabidopsis, Brachypodium en raaigras aan koude en zout stress zagen de onderzoekers verminderde wortel groei. De planten hervatte hun wortelgroei nadat ze in een niet stressende omgeving waren geplaatst.

Omdat de onderzoekers geïnteresseerd waren of de celdeling geraakt was door koude of zout stress, gebruikte de onderzoekers een celcyclus merker om de celdelingen te volgen tijdens blootstelling aan koude of zout stress en het herstel. Hiermee zagen de onderzoekers dat tijdens de blootstelling aan stress er minder celdeling was. Maar dat tijdens het herstel de celdeling en het uitstrekken weer opgang kwam.

Celdeling op pauze

Nu gebeurt celdeling in verschillende stadia. Een voorbereidende, of gap fase, een S fase tijdens welke het genoom gedupliceerd wordt, een tweede gap fase, en een M fase waarin de cel in tweeën splits. Er zijn twee soorten acties die een cel kan nemen bij blootstelling aan stress. De eerste is om op pauze te drukken, de tweede is om een celdeling cyclus af te maken, en daarna te wachten met verdere celdelingen. De onderzoekers zagen dat tijdens stress plantencellen voor de eerste optie gaan en hun celdeling pauzeren in een van de gap fases. Daar zitten ze de stress uit.

Vervolgens wilde de onderzoekers weten welke celdeling genen dit alles reguleerde. Omdat uit te vinden blokkeerde de onderzoekers chemisch de celdeling, het molecuul dat het beste het pauze effect kopieerde blokkeerde de celcyclus enzym CDKA;1. Was dit molecuul aanwezig tijdens de herstelperiode na de blootstelling aan stress, dan hervatte de cellen hun celdeling niet.

Regulators geïdentificeerd

Vervolgens bestudeerde de onderzoekers de enzymatische inhibitor van CDKA;1, ICK1. Planten die meer ICK1 eiwitten hadden herstelde minder van koude en zout stress dan planten met normale ICK1 hoeveelheden. Wat aangeeft dat CDKA;1 en ICK1 betrokken zijn bij dit pauzeren en herstarten van de celdeling na kou en zout stress.

Dus plantencellen gebruiken een soort van pauze en start concept voor hun celdelingen tijdens stress en de daaropvolgende herstelperiode. Dit maakt het mogelijk om snel hun groei te hervatten wanneer de stress voorbij is. De kennis van welke genen betrokken zijn geeft wetenschappers een opening om herstel nog sneller te maken.

Literatuur

Hazelwood, O.S., Diehl, K.A., Hollenbeck, V., Demura-Devore, J., Herb, D., Gallagher, J.P. and Ashraf, M.A. (2026), Cell cycle follows ‘pause and play’ mechanism in salt and cold stress recovery in diverse plant species. New Phytol. https://doi.org/10.1111/nph.71041

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.

Inheriting mitochondria

Inheriting mitochondria

Like most eukaryotes, plants get their mitochondria from one of their parents. Most often it is the maternal line that provides them. But like all systems sometimes the mitochondria from the non-contributing parent make it through. Now a group of international researchers found out that in tobacco (Nicotiana tabacum) paternal mitochondria slip through more often than first thought.

While mitochondria are randomly distributed between the daughter cells during division, when two germ cells fuse together only one set of mitochondria can be found in the resulting zygote, often those of mum. But why the mitochondria of the other parent sometimes slip through is really known. It is estimated that this happens 0.0016% of the time.

Ideal phenotype

As you can imagen studying something that only rarely occurs requires large numbers. This can make the work labour intensive. To avoid this the researchers first developed a line with a reliable mitochondrial-linked phenotype. By deleting the mitochondrial NAD9 gene the researchers created a line which germinated much slower than plants that did contain NAD9. This gave them a good phenotype by which to quickly recognize plants which had inherited their mitochondria from a NAD9 containing parent.

The researchers subsequently fertilized flowers from this slow germinating plants with pollen from normal germinating plants. Germinating 1000 of the resulting seeds they found 5 plants that germinated much faster than their siblings. Analysis of those quickly germinating seedlings showed that they contained mitochondria with NAD9, while their slow germinating siblings did not.

Moreover, the researchers found that not all cells in the NAD9 mitochondria containing plants had only NAD9 containing mitochondria. An extreme example of this was one seedling that had NAD9 containing mitochondria in its roots but not in its shoots. This made the researchers realise that most likely they missed some of the plants that did inherit its paternal NAD9 containing mitochondria, but that it only ended up in a few cells.

Happens more often

To confirm this the researchers developed a more sensitive screening method. Directly testing how much NAD9 was present in the seedlings. Surprisingly the researchers found that when growing the plants at 25°C about 0.18% of the offspring inherited their paternal mitochondria. This changed when the plants were grown at 10°C, then 0.78% inherited their paternal mitochondria. This was due to the fact that more mitochondria end up in pollen developed at colder temperatures.

The researchers made this extra visible in a paternal line that missed one of the genes responsible mitochondria degradation in pollen. 7.34%  of offspring of those plants grown at 10°C inherited their paternal mitochondria.

So paternal mitochondria inheritance is not as unusual as was believed. It might even be so that stressful situations, like pollen development at cold temperatures increase the chances of inheriting mitochondria from both parents as a way to increase chances of survival.

Literature

Gonzalez-Duran, E., Liang, Z., Forner, J. et al. High-frequency biparental inheritance of plant mitochondria upon chilling stress and loss of a genome-degrading nuclease. Nat. Plants (2026). https://doi.org/10.1038/s41477-026-02242-7

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

Mitochondria erven

Mitochondria erven

Zoals de meeste eukaryoten krijgen planten hun mitochondria van een van hun ouders. Meestal is het de vrouwelijke lijn die ze doorgeeft. En zoals met alle systemen, soms glippen de mitochondria van de niet bijdragende ouder er doorheen. Nu laat een groep van internationale onderzoekers zien dat bij tabak (Nicotiana tabacum), de mannelijke mitochondria er vaker doorheen glippen dan ze eerst dachten.

Daar waar bij celdeling mitochondria willekeurig worden verdeeld, kan na het samensmelten van twee geslachtscellen maar een set mitochondria worden teruggevonden, meestal die van de moeder. Maar waarom de mitochondria van de andere ouder er soms wel doorheen glippen is niet veel bekend. De schatting is dat dit in 0.0016% van de gevallen gebeurt.

Ideaal fenotype

Zoals je kan indenken om iets te bestuderen dat zo weinig voorkomt zijn grote aantallen nodig. Iets dat het werk behoorlijk arbeidsintensief kan maken. Om dat te voorkomen ontwikkelde de onderzoekers een lijn met een betrouwbaar mitochondria gelinkt fenotype. Door het verwijderen van het mitochondria NAD9 gen verkregen de onderzoekers een lijn die veel langzamer ontkiemde dan planten die NAD9 nog wel hadden. Dit gaf de onderzoekers een fenotype waarmee ze snel konden herkennen of planten hun mitochondria van een NAD9 bevattende ouder hadden geërfd.

De onderzoekers bestoven vervolgen de bloemen van de langzaam ontkiemende planten met stuifmeel van normaal ontkiemende planten. Na ontkieming van 1000 van de resulterende zaden vonden de onderzoekers 5 planten die sneller ontkiemden dan hun broers of zussen. Analysis liet vervolgens zien dat de snel ontkiemede zaailingen mitochondria met NAD9 bevatten terwijl de langzaam ontkiemende zaailingen dat niet hadden.

Verder vonden de onderzoekers dat niet alle cellen in de NAD9 mitochondria bevattende planten ook NAD9 bevattende mitochondria bevatten. Een extreem geval hiervan was een zaailing dat alleen NAD9 bevattende mitochondria in z’n wortels had maar niet in z’n stengel. Hierdoor realiseerde de onderzoekers dat ze waarschijnlijk planten gemist hadden die hun vaderlijke mitochondria hadden geërfd.

Gebeurt vaker

Om dit te bevestigen ontwikkelde de onderzoekers een gevoeliger screening methode. Die direct testte hoeveel NAD9 aanwezig was in de zaailingen. Verrassend genoeg vonden de onderzoekers bij planten die groeide bij 25°C ongeveer 0.18% van de nakomelingen de vaderlijke mitochondrie erfde. Dit was nog meer wanneer de planten bij 10°C groeide, dan erfde ongeveer 0.78% van de nakomelingen vaderlijke mitochondria. Dit bleek te komen doordat meer mitochondria in de stuifmeelkorrels terecht kwamen wanneer deze zich ontwikkelde bij koude temperaturen.

De onderzoekers maakte dit extra zichtbaar door vaderlijke lijnen te gebruiken dat een van de genen mist die mitochondria in stuifmeelkorrels afbreekt. 7.34% van de nakomelingen van die planten groeiend bij 10°C bleken de vaderlijk mitochondria te erven.

Dus de vaderlijke mitochondria overerving is niet zo ongebruikelijk als in eerste instantie werd aangenomen. Het kan zelfs zo zijn dat in stressvolle situaties, zoals stuifmeelkorrel ontwikkeling bij koude temperaturen, de kansen vergroot om mitochondria van beide ouders te erven als een manier om de overlevingskansen te vergroten.

Literatuur

Gonzalez-Duran, E., Liang, Z., Forner, J. et al. High-frequency biparental inheritance of plant mitochondria upon chilling stress and loss of a genome-degrading nuclease. Nat. Plants (2026). https://doi.org/10.1038/s41477-026-02242-7

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.