Analog or digital

Analog or digital

Often, I speak over gene on/off switches. About proteins that enable a gene to be read either more or less often. These gene on/off switches enable an analog regulation of their genes. In addition, a cell has a system to regulate a gene in a more digital manner, having a gene either switched on or off. Now British, Swedish, Australia, and Chinese researchers showed how these two regulatory options influence each other while regulating the flowering gene FLC.

Flowering of tale cress is regulated by the gene FLC. When FLC is turned on it inhibits the development of flowers. Only when FLC is turned off can the plant flower. FLC regulation is of great importance, you don’t want to start flowering too early or too late. To prevent flowering too late, a plant switches FLC off in a digital manner during the winter. But there are also tale cress plants that do not need a winter at all. The researchers decided to study how the switching FLC on and off in these plants is regulated.

Variation in analog regulation affects digital shutdown

In their study the researchers used plants in which another regulator of FLC, FCA, did not work as well, or not at all. When there was no FCA, then FLC was digital turned on, but cells also showed variation in how often a cell read FLC. When FCA was working less well, then more cells had FLC digitally switched off. But in those cells in which FLC was still turned on, the researchers also observed variation in how often a cell FLC read. Therefore, when FLC was digitally switched on, it showed an analog regulation.

To analyse this further, the researchers studied FLC regulation for a longer time period. They noticed that when the plant gets older, that more and more cells switch off FLC digitally. This occurs slower in plants in which FLC was still digitally on than in plants in which some FLC was already digitally off.   

The regulation of FLC is thus both analog and digital. The researchers expect that the speed with which FLC is digitally switched off depends on its analog regulation. The more often a cell is reading FLC, the slower the cell is switching off FLC digitally. Enabling variation in analog regulation to result in a difference in digital regulation.

Literature

Rea L Antoniou-Kourounioti, Anis Meschichi, Svenja Reeck, Scott Berry, Govind Menon, Yusheng Zhao, John Fozard, Terri Holmes, Lihua Zhao, Huamei Wang, Matthew Hartley, Caroline Dean, Stefanie Rosa, and Martin Howard (2023) Integrating analog and digital modes of gene expression at Arabidopsis FLC. eLife 12:e79743. https://doi.org/10.7554/eLife.79743

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

Analoog of digitaal

Analoog of digitaal

Vaak heb ik het hier over gen aan/uit zetters. Over eiwitten die een gen meer of juist minder laten aflezen. Deze gen aan/uit zetters zorgen voor een analoge regulatie van hun genen. Daarnaast heeft de cel ook een systeem om een gen op een meer digitale manier te reguleren, waarbij een gen of aan of uit staat. Nu hebben Britse, Zweedse, Australische en Chinese onderzoekers laten zien hoe deze twee manieren van regulatie voor het bloei gen FLC op elkaar inwerken.

Het gen FLC reguleert de bloei in de zandraket. Staat FLC aan dan houdt deze de ontwikkeling van bloemen tegen. Pas als FLC uit staat mag de plant gaan bloeien. FLC-regulatie is dan ook een belangrijke taak, je wil niet te vroeg of te laat bloeien. Om te voorkomen dat de plant niet te laat gaat bloeien, schakelt de plant FLC op een digitale manier uit gedurende de winter. Maar er zijn ook zandraket plantjes die helemaal geen winter nodig hebben. De onderzoekers besloten te kijken naar hoe het aan- en uitzetten van FLC in deze plantjes is geregeld.

Variatie in analoge regulatie heeft effect op digitale uitschakeling

Om dit te onderzoeken maakte de onderzoekers gebruik van planten waarbij een andere regulator van FLC, FCA, minder goed werkte. Was deze FCA helemaal afwezig, dan stond FLC digitaal aan, maar vertoonde per cel ook variatie in hoe vaak een cel FLC aflas. Werkte FCA minder goed, dan hadden meer cellen FLC digitaal uitgezet. Maar in de cellen waar FLC nog aanstond, zagen de onderzoekers ook verschil in hoe vaak een cel FLC aflas. Wanneer FLC dus digitaal aan stond, vertoonde het een analoge regulatie.

Om dit verder te onderzoeken bestudeerde de onderzoekers FLC-regulatie over een langere tijd. Hierbij zagen de onderzoekers dat met het ouder worden van de plant in meer en meer cellen FLC digitaal uitstaat. Dit ging snellen in planten waar FLC al gedeeltelijk digitaal uitstond dan in planten waar FLC digitaal nog aanstond.

De regulatie van FLC is dus zowel analoog als digitaal. Waarbij de onderzoekers verwachten dat de snelheid waarmee FLC digitaal wordt uitgezet afhankelijk is van de analoge regulatie. Hoe vaker de cel FLC afleest, hoe langzamer de cel FLC digitaal uitzet. Zo kan variatie in de analoge regulatie resulteren in verschil in digitale uitschakeling.

Literatuur

Rea L Antoniou-Kourounioti, Anis Meschichi, Svenja Reeck, Scott Berry, Govind Menon, Yusheng Zhao, John Fozard, Terri Holmes, Lihua Zhao, Huamei Wang, Matthew Hartley, Caroline Dean, Stefanie Rosa, and Martin Howard (2023) Integrating analog and digital modes of gene expression at Arabidopsis FLC. eLife 12:e79743. https://doi.org/10.7554/eLife.79743

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.

Stopping with division

Stopping with division

A leaf consists out of multiple cell types. Not only is the inside, but the outside also has multiple cell types. Like trichomes and stomata. In addition, there are the so-called pavement cells, these cells cover the majority of the surface of the leaf. Under the microscope these pavement cells look like good fitting puzzle pieces. But up to now it was unknown what is causing these cells to develop into those puzzle pieces. Now Belgian and British scientist discovered that SMR1, a cell division brake, causes the precursors to develop into pavement cells.

Pavement cells share their precursor with stomata. After an asymmetrical division the smaller cell develops further into a stomata. While the bigger cell can either undergo another round of asymmetric division or develop into a pavement cell. Unknown is what is influencing this decision.

Researchers used a cell division mutant to study this, plants that did not have any SMR1. The researchers noticed that the leaves of these SMR1 deficient plants had more pavement cells, and on average less stomata cells. But when the researchers looked closer, they noticed that the pavement cells actually divided more often. In addition to symmetrical divisions, the researchers also noticed asymmetrical pavement cell divisions. From those divisions the smaller cell developed into stomata.

By making more SMR1 the plant can put a break on cell divisions

One way to make the switch from an undifferentiated dividing cell into a differentiated non-dividing cell is by breaking up cell cycle specific protein complexes. Something that earlier research showed that SMR1 does. Therefore, the researchers studied what happens with the pavement cells when these cells could not form certain cell cycle specific protein complexes. In plants missing both cell cycle complex protein CYC2A and SMR1 less pavement cell divisions were observed. Pavement precursors stop with dividing because SMR1 breaks up the CYC2A cell cycle protein complexes.

For plants to be able to regulate the number of stomata in a leaf is important. In a dry environment, a plant prefers to lose less water, and therefore prefers to have less stomata. To analyse the influence of the amount of SMR1 on this, the researchers analysed plants without or with more SMR1. The leaves of plants without SMR1 wilted in too dry environments. No difficulties were seen for the leaves of plants with more than normal SMR1.

By making more SMR1 the plant can put a break on cell divisions. Regulating the number of stomata in its leaves. Making sure that in dry circumstances the pavement cell precursors stop divisions early. Allowing less stomata to develop, and to keep more water inside the plant.

Literature

Dubois, M., Achon, I., Brench, R.A. et al. (2023) SIAMESE-RELATED1 imposes differentiation of stomatal lineage ground cells into pavement cells. Nat. Plants9, 1143–1153. https://doi.org/10.1038/s41477-023-01452-7

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

Stoppen met delen

Stoppen met delen

Een blad bestaat uit meerdere soorten cellen. Niet alleen vanbinnen, maar ook op het oppervlak zijn er verschillende cel soorten. Zo zijn er de haarcellen en huidmondjes. Daarnaast zijn er de zogenaamde stoepcellen, die het leeuwendeel van het bladoppervlak bedekken. Deze stoepcellen zien er onder de microscoop uit als in elkaar passende puzzelstukjes. Maar wat ervoor zorgt dat deze cellen zich ontwikkelen tot de genoemde puzzelstukjes was tot nu toe onbekend. Nu hebben Belgische en Britse wetenschappers ontdekt dat SMR1, een celdeling rem, ervoor zorgt dat de voorlopers van de stoepcellen zich ontwikkelen als stoepcellen.

Stoepcellen delen hun voorlopers met de huidmondjes. Na een asymmetrische deling ontwikkeld de kleine cel zich tot huidmondje, terwijl de grotere cel de keuze heeft of zich opnieuw asymmetrisch te delen of zich te ontwikkelen tot stoepcel. Wat die keuze beïnvloed was onbekend.  

Om dit te onderzoeken wende de onderzoekers zich tot een celdeling mutant, een plant zonder SMR1. De onderzoekers zagen dat de bladeren van deze SMR1 loze planten meer stoepcellen hadden en verhoudingsgewijs minder huidmondjes. Toen de onderzoekers goed keken, bleek dit te komen omdat de stoepcellen vaker deelden. Naast symmetrische delingen, zagen de onderzoekers ook stoepcellen asymmetrisch delen, waarbij de kleine cel zich alsnog ontwikkelde tot huidmondje.

Door meer SMR1 te maken zet de plant een rem op celdelingen

Een manier om over te gaan van celdeling tot cel specificatie is door de celcyclus eiwitcomplexen op te breken. Iets, wat eerder onderzoek had aangetoond, SMR1 deed. Om te kijken wat het effect op de stoepcellen was wanneer specifieke celcyclus eiwitcomplexen niet konden vormen, bestudeerde de onderzoekers planten die een van de benodigde eiwitten miste. Dit liet zien dat in planten die zowel het celcyclus eiwitcomplex eiwit CYC2A en SMR1 miste de stoepcellen minder vaak deelden dan in planten die alleen SMR1 miste. Stoepcel voorlopers stoppen dus met delen doordat SMR1 het celcyclus eiwitcomplex van CYC2A uit elkaar haalt.

Voor een plant is het belangrijk om de hoeveelheid huidmondjes in een blad te kunnen reguleren. Onder droge omstandigheden, wil een plant minder water kwijt, en daarom minder huidmondjes. Om te onderzoeken wat de invloed van de hoeveelheid SMR1 hierop is bestudeerde de onderzoekers planten die geen of juist meer SMR1 hadden. De bladeren van planten zonder SMR1 hingen er maar slapjes bij wanneer het te droog was. De bladeren met meer SMR1 hadden hier geen moeite mee.

Door meer SMR1 te maken zet de plant een rem op celdelingen. En zo de hoeveelheid huidmondjes in z’n bladeren reguleren. Zo kan het ervoor zorgen dat tijdens drogen omstandigheden de voorlopers van de stoepcellen eerder stoppen met delen. Zo ontwikkelen er minder huidmondjes, en houd de plant meer water vast.

Literatuur

Dubois, M., Achon, I., Brench, R.A. et al. (2023) SIAMESE-RELATED1 imposes differentiation of stomatal lineage ground cells into pavement cells. Nat. Plants 9, 1143–1153. https://doi.org/10.1038/s41477-023-01452-7

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.