Gained specificity

Gained specificity

Plants have veins to translocate nutrients from one location in the plant to another. Phloem, for the translocation form the leaves to the roots, and xylem for the opposite direction. They are essential for a healthy plant. In their absence plants starve. Still, there is little known about the development of these veins. No researchers from Germany have discovered the how the onset of phloem development is regulated.

The phloem consists out of sieve cells, which you can picture as cells without their regular content, and companion cells, which support the sieve cells to keep them alive. But what is initiating the development of phloem cells was unknown. However, the researchers had a hint: SMXL protein were required.

To discover the actual role of these SMXL proteins, the researchers studied plants that did not make any SMXL4 and SMXL5. These plants, so noticed the researchers, did not turn on genes needed for phloem development. Moreover, the roots of these plants hardly grew at all.

With SMXL4 and SMXL5 only binding to OBE3 in the phloem precursor cells, only those cells will develop into phloem

To find the next hind of what SMXL proteins are doing, the researchers analysed which proteins SMXL proteins interacted with. In the interaction assay SMXL5 was found to bind strongly to OBE3. To see if this interaction could happen in the plant, the researchers studied were in the plant these proteins occurred. The researchers observed SMXL4 and SMXL5 in the root only in the precursor cells of the phloem. While OBE3 was observed in more widely in the root tip. In addition, the researchers observed the location of SMLX and OBE3 proteins in the cell. This revealed that both SMXL5 and OBE3 located to the same spots in the nucleus.

As is known that OBE proteins influence the readability of the DNA, the researchers decided to analyse this in plants with and without OBE3, SMXL5 and SMXL4. Hereby they observed that plants in without OBE3 and SMXL5 and plants without SMXL4 and SMXL5 the genes needed for phloem development could not be read. This made it impossible for those plants to develop phloem veins.

Because OBE3 can only bind SMXL4 and SMXL5 in the phloem precursor cells it makes sure that only in those cells the phloem development genes can be read. In this way, the plant ensures that phloem veins can only develop in those predestined cells. Enabling a continuous stream of nutrients from the leaves to the root tips.

Literature

Eva-Sophie Wallner, Nina Tonn, Dongbo Shi, Laura Luzzietti, Friederike Wanke, Pascal Hunziker, Yingqiang Xu, Ilona Jung, Vadir Lopéz-Salmerón, Michael Gebert, Christian Wenzl, Jan U. Lohmann, Klaus Harter, and Thomas Greb (2023) OBERON3 and SUPPRESSOR OF MAX2 1-LIKE proteins form a regulatory module driving phloem development. Nat Commun 14, 2128. https://doi.org/10.1038/s41467-023-37790-5

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

Samen specifiek

Samen specifiek

Om voedingsstoffen van de ene locatie naar een andere te brengen hebben planten vaatbundel, Floëem, waar de stroom van blad naar wortel gaat, en xyleem voor de tegenover gestelde richting. Ze zijn essentieel voor een gezonde plant. Ontbreken ze, dan volgt verhongering. Toch is niet veel bekent over hun ontwikkeling. Nu hebben onderzoekers uit Duitsland hoe het begin van floëem ontwikkeling is gereguleerd.

Het floëem bestaat uit zeef-vaten, grofweg cellen zonder cel inhoud, en ondersteunende cellen, die de cellen van de zeef-vaten in leven houden. Maar wat aanzet tot de ontwikkeling van floëem cellen was onbekend. Wel hadden de onderzoekers aanwijzingen dat SMXL-eiwitten hierin een rol hadden.

Om te ontdekken wat de SMXL-eiwitten doen bestudeerde de onderzoekers planten die geen SMXL4 en SMXL5 konden maken. Deze planten, zo zagen de onderzoekers zetten de genen, waarvan al bekend is dat ze nodig zijn voor floëem ontwikkeling, niet aan. Ook groeide de wortels van deze SMXL4/5-loze nauwelijks.

Doordat SMXL4 en 5 alleen in de voorloper cellen van het floëem aan OBE3 binden, ontwikkelt het floëem zich alleen daar

Om de volgende hint te krijgen in wat de SMXL-eiwitten doen, onderzochten de onderzoekers aan welke eiwitten SMXLs binden. In de interactie assay bond SMXL5 sterk met OBE3. Vervolgens keken de onderzoekers waar in de plant OBE3 en SMXL aanwezig zijn. Waar de onderzoekers SMXL4 en 5 in de wortel alleen in de voorlopers van floëem cellen zagen, zagen ze OBE3 in veel meer wortel cellen. Ook bestudeerde de onderzoekers waar in de cel SMXL en OBE3 eiwitten zich bevonden. Deze bleken op dezelfde plek in de nucleus te zitten.

Omdat bekend is dat OBE-eiwitten de leesbaarheid van het DNA beïnvloeden, analyseerde de onderzoeker dit in planten met en zonder OBE3, SMXL5, en SMXL4.  Dit liet zien dat planten zonder OBE3 en SMXL5 en in planten zonder SMXL4 en SMXL5 de genen nodig om het floëem te vormen niet leesbaar waren. Dit maakte dat in deze planten geen floëem konden ontwikkelen.

Doordat OBE3 alleen aan SMXL4 en 5 in de voorlopers van de floëem cellen kan binden zorgt het ervoor dat alleen daar het floëem genen leesbaar zijn. Zo regelt de plant dat floëem alleen in de daar toe voorbestemde cellen ontwikkeld. Waardoor een continue stroom van voedingstoffen van het blad naar de worteltip kunnen stromen.

Literatuur

Eva-Sophie Wallner, Nina Tonn, Dongbo Shi, Laura Luzzietti, Friederike Wanke, Pascal Hunziker, Yingqiang Xu, Ilona Jung, Vadir Lopéz-Salmerón, Michael Gebert, Christian Wenzl, Jan U. Lohmann, Klaus Harter, and Thomas Greb (2023) OBERON3 and SUPPRESSOR OF MAX2 1-LIKE proteins form a regulatory module driving phloem development. Nat Commun14, 2128. https://doi.org/10.1038/s41467-023-37790-5

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.

Shaped through light

Shaped through light

Plants adapt their appearance to their environment. Plants grow, for example, more in hight when standing in the shadow. Light also influences the number of branches. But how this is regulated was up to now not clear. Now researchers from China and the UK showed how light regulates bud outgrow.

How and when branches are needed is hard to predict in advance. Therefore, plants develop side buds at regular intervals. When the circumstances are right, then those buds will grow into branches. One of the influencing factors is if the plant is standing in the shade or sun. Standing in the shade results in fewer branches.

This is what the researchers observed while growing tomato plants, the deeper the shade, the fewer the branches. They saw this reflected in the amount of HY5, which passes on the amount of sunlight vs shade. The deeper the shade, the lower the amount of HY5 the researchers detected in the buds. This was contrasted with what they saw for bud manager BRANCHED1. The deeper the shade, the more BRANCHED1 was present.

In sunlight HY5 helps to wake up the buds

To study how HY5 and BRANCHED1 influence each other, the researchers analyse the number of branches in plants that did not have any HY5 or BRANCHED1. While plants without any HY5 had less branches, plants without any BRANCHED1 had more. Moreover, in the absence of both HY5 and BRANCHED1 plants had more branches. Indicating that HY5 influences BRANCHED1, and that BRANCHED1 does not influence HY5 .

By analysing which genes had a different expression profile in plants without any HY5 or BRANCHED1 the researchers found out how these proteins do their job. Here they observed that BRANCHED1 turns off the genes needed to produce the hormones cytokinin and gibberellic acid. The absence of these hormones prevents the buds from waking up. For the buds to wake up HY5 turns on the genes that are needed for making the hormone brassinosteroid. Brassinosteroid in turn turns om manager BZR1 who turns off BRANCHED1.

Indirectly HY5 switches off BRANCHED1 by lots of sunlight, allowing the buds to wake up and grow into branches. It appears a bit of a round about way, with so many intermediate steps. But it prevents the plant form awaking its buds by every perceived sunray. Only when the plant is really shining in the sun, then its branches will emerge.

Literature

Han Dong, Jiachun Wang, Xuewei Song, Chaoyi Hu, Changan Zhu, Ting Sun, Zhiwen Zhou, Zhangjian Hu, Xiaojian Xia, Jie Zhou, Kai Shi, Yanhong Zhou, Christine H. Foyer, and Jingquan Yu (2023) HY5 functions as a systemic signal by integrating BRC1-dependent hormone signaling in tomato bud outgrowth. PNAS 120 (16) e2301879120 https://doi.org/10.1073/pnas.2301879120

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

Gevormd door licht

Gevormd door licht

Planten passen hun uiterlijk aan hun omgeving aan. Zo groeien planten meer de lengte in wanneer ze in de schaduw staan. Ook beïnvloedt het licht waar en hoeveel zijtakken er groeien. Maar hoe dit werkt was tot nu toe onduidelijk. Nu laten onderzoekers uit China en het Verenigd Koninkrijk zien hoe light de uitgroei van zijknoppen regelt.

Hoe en waar zijtakken nodig zijn is van tevoren moeilijk te bepalen. Daarom vormen planten met enige regelmaat zijknoppen. Vragen de omstandigheden erom, dan groeien deze zijknoppen uit tot zijtakken. Of de zijknoppen uitgroeien of juist blijven slapen hangt onder andere af of de plant in de schaduw of juist in de felle zon staat. Staan ze in de schaduw dan blijven de zijknoppen slapen.

Dit zagen de onderzoekers dan ook tijdens het groeien van tomatenplanten, hoe meer schaduw hoe minder zijtakken. De hoeveelheid HY5, die doorgeeft hoeveel zonlicht vs schaduw er is, reflecteerde dit. Hoe meer schaduw, hoe minder de onderzoekers HY5 in de knoppen aantroffen. Het tegenover gestelde zagen ze voor de zijknoppen manager BRANCHED1. Hoe meer schaduw, hoe meer BRANCHED1 aanwezig was.

Bij zonlicht helpt HY5 de zijknoppen uit hun slaap te ontwaken

Om de bestuderen hoe HY5 en BRANCHED1 elkaar beïnvloeden bestudeerde de onderzoeker de uitgroei van knoppen in planten zonder HY5 of BRANCHED1. Waar HY5-loze planten juist minder zijtakken hadden, hadden BRANCHED1-loze planten er juist meer. Terwijl afwezigheid van zowel HY5 als BRANCHED1 ook voor meer zijtakken zorgde. Wat laat zien dat HY5 BRANCHED1 beïnvloed, maar BRANCHED1 HY5 niet.

Door te kijken naar welke genen een ander expressie patroon vertonen in HY5-loze en BRANCHED1-loze planten ontdekte de onderzoekers hoe HY5 en BRANCHED1 te werk gaan. Zo zagen ze dat BRANCHED1 de productie van de hormonen cytokinin en gibberelline zuur uitschakelt. Wat ervoor zorgt dat de knoppen blijven slapen. Om deze te ontwaken zet HY5 de genen aan die nodig om het hormoon brassinosteroide te maken. Brassinosteroide zet op zijn beurt dan weer BZR1 aan die BRANCHED1 uitschakelt.

Bij veel zonlicht schakelt HY5 dus indirect BRANCHED1 uit, waardoor de knoppen uit hun slaap kunnen ontwaken en uitgroeien in zijtakken. Het lijkt omslachtig, zoveel tussen stappen. Maar het helpt de plant om niet bij een enkele straal zonlicht de knoppen uit te laten lopen. Pas als de plant echt in het zonnetje staat, komen de zijtakken tevoorschijn.

Literatuur

Han Dong, Jiachun Wang, Xuewei Song, Chaoyi Hu, Changan Zhu, Ting Sun, Zhiwen Zhou, Zhangjian Hu, Xiaojian Xia, Jie Zhou, Kai Shi, Yanhong Zhou, Christine H. Foyer, and Jingquan Yu (2023) HY5 functions as a systemic signal by integrating BRC1-dependent hormone signaling in tomato bud outgrowth. PNAS 120 (16) e2301879120 https://doi.org/10.1073/pnas.2301879120

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.