Chemical mines

Chemical mines

Lots of our crops miss defence mechanisms against insects. A defence that is precent in their wild relatives. And to be honest, for a long time a good insect defence mechanism was not a top priority for crops. As pesticides had taken over this job. But now farmers put pesticides aside, it is time for crops to get back their defence mechanisms. This it turns out is not as easy as it seems. Dutch researchers show that a defence is more than just producing toxic chemicals.

When you look closely you see that lots of plants are hairy. Their stem and leaves are covered with tiny hairs, trichomes. These trichomes are forming an obstacle course for insects. With the added challenge that some trichomes are kitted with chemical mines. Like the stinging hairs on stinging nettles. Ideal for scaring or killing insects. But for a lot of our crops those chemical mines hardly filled at all.

The defence is a strong as its weakest link

To investigate if it was possible for tomato plants to obtain back their chemical mines, the researchers crossed tomato plants with their wild relatives. To their big surprise produced this prodigy scarcely more insect killing toxins than their domesticated parent. And a lot less than expected.

This it turned out was not due to the lack of essential genes. Even in the presence of these genes hardly any insect killing toxin was seen. Just as that the low production was not explained by the number of chemical mines carrying trichomes. So did the researchers also observe leaves with relatively few mine carrying trichomes that produced lots of toxin. This suggests that an up till now unknown regulator regulates the amount of insect killing toxin a plant is making.

The big question is now: who is this regulator? When this is known, then breeders can select on all the essential components of the defence mechanism and give crops their defence back. Just elsewhere, a plants defence is as strong as its weakest link.

Literature

Kortbeek RWJ, Galland MD, Muras A, Therezan R, Maia S, Haring MA, Schuurink RC and Bleeker PM (2023) Genetic and physiological requirements for high-level sesquiterpene-production in tomato glandular trichomes. Front. Plant Sci. 14:1139274. https://doi.org/10.3389/fpls.2023.1139274

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

Chemische mijnen

Chemische mijnen

Veel van onze gewassen missen verdedigingsmechanisme tegen insecten. Een verdediging die nog wel aanwezig is in hun wilde voorouders. Lang was het voor gewassen ook niet echt nodig om zichzelf te kunnen beschermen tegen insecten. Pesticiden hadden deze taak immers overgenomen. Nu de boer pesticiden weer aan de kant zet is het tijd om gewassen hun verdedigingsmechanismen terug te geven. Alleen is dit niet zo gemakkelijk. Nederlandse onderzoekers laten zien dat verdediging meer is dan het maken van giftige stoffen.

Al je goed kijkt zie je dat veel planten behaard zijn. Hun stengel en bladeren zijn bedekt met vele kleine haartjes, trichomen. Deze trichomen vormen een hindernisbaan voor insecten. Wat het voor insecten extra gevaarlijk maakt is dat sommige trichomen ook nog zijn uitgerust met een chemische mijn. Denk aan de brandharen van een brandnetel. Ideaal om insecten mee afteschrikken of te doden. Waren het niet dat bij veel van onze gewassen deze chemische mijnen nauwelijks gevuld zijn. Zo ook die van tomatenplanten.

De verdediging is maar zo sterk als de zwakste schakel

Om te onderzoeken of het mogelijk was om de tomatenplanten hun chemische mijnen terug te geven kruiste de onderzoekers de tomatenplanten met hun wilde soortgenoot. Tot hun grote verassing bleek dat de nakomelingen amper meer insecten dodend gif produceerde dan hun gedomesticeerde ouder. Dit was veel minder dan verwacht.

Dit bleek niet te liggen aan het gemis van de noodzakelijke genen. Zelfs al waren deze voorhanden dan nog was er nauwelijks insecten dodend gif aanwezig. Ook het aantal chemische mijnen dragende trichomen verklaarde de lage productie niet. Zo zagen de onderzoekers ook planten met weinig mijnen dragende trichomen maar met veel gif. Dit geeft de indruk dat een tot nu toe nog onbekende regulator regelt hoeveel insecten dodend gif de plant maakt.

De grote vraag is dan nu ook wie is die regulator? Pas als deze bekend is kunnen kwekers selecteren op alle noodzakelijke componenten van het verdedigingsmechanisme en deze aan gewassen terug geven. Ook hier geld namelijk dat de verdediging maar zo sterk is als de zwakste schakel.

Literatuur

Kortbeek RWJ, Galland MD, Muras A, Therezan R, Maia S, Haring MA, Schuurink RC and Bleeker PM (2023) Genetic and physiological requirements for high-level sesquiterpene-production in tomato glandular trichomes. Front. Plant Sci. 14:1139274. https://doi.org/10.3389/fpls.2023.1139274

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.

Pattern

Pattern

The stomata in the leaf of a plant are more or less equally distributed. They are forming a pattern. But not at the moment of germination, then there are no stomata. Afterwards they are formed supper quickly. Researchers from America now discovered that already during embryo development this stomata pattern is being formed.

The stomata of a plant are the results of series of well-ordered cell divisions. These result in the end in two cells that together enclose an opening in the leave, forming the stomata. The managers of this process are SPEACHLESS, which takes care of the first half of the process, and MUTE and FAMA, who together regulate the second part.

Although an embryo does not contain any stomata, its managers are present. This gave the researchers the idea to study what these stomata managers are doing in the embryo. To be able to see what these managers were doing in the embryo, the researchers attached to them a fluorescent protein.

In this way the researchers noticed that SPEACHLESS was active early on during embryo development. In the beginning in groups of cells, located where the embryogenic leaves develop. But with the maturation of the embryo SPEACHLESS was more and more located in single cells surrounded by cells that did not had any SPEACHLESS.

Without the early influence of SPEACHLESS the plant loses its overview of its stomata

In contrast to SPEACHLESS, of the managers of the second half of stomata development only MUTE was seen, and only at the end of embryo development. Then MUTE was seen in the same cells in which SPEACHLESS was observed. From FAMA, needed for the final step in stomata development, no trace was seen. The stomata developed only partially during embryo development.

Even though the stomata are not developing completely, the pattern these pre-stomata form is important. In seedlings in which SPEACHLESS could not do its job during embryo development, the researchers noticed that stomata are formed in clusters. The stomata were not equally distributed on the leaf.

The early activity of SPEACHLESS during embryo development enables the plant to develop an equally distributed stomata pattern. Without the early influence of SPEACHLESS this did not work. Then the plant loses its overview. Then the stomata become clustered.

Literature

Margot E. Smit, Anne Vatén, Andrea Mair, Carrie A.M. Northover, and Dominique C. Bergmann (2023) Extensive embryonic patterning without cellular differentiation primes the plant epidermis for efficient post-embryonic stomatal activities, Developmental Cell (2023), https://doi.org/10.1016/j.devcel.2023.02.014

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

Patroon

Patroon

De huidmondjes in het blad van een plant zijn min of meer gelijkmatig verdeeld. Ze vormen een patroon. Maar op het moment van ontkiemen zijn ze er nog niet. Toch vormen ze zich daarna razendsnel. Onderzoekers uit Amerika ontdekte dat al tijdens de ontwikkeling van de embryo dit patroon zich vormt.

De huidmondjes van een plant zijn het resultaat van set van wel geordende celdelingen. Die uiteindelijk uitmonden in twee cellen die samen een porie in het blad omhullen, het huidmondje. De managers van dit proces zijn SPEACHLESS, die het eerste gedeelte op zich neemt, en MUTE en FAMA die samen het tweede gedeelte reguleren.

Al bevat een planten embryo nog geen huidmondjes, toch bleken huidmondjes managers aanwezig. Dit gaf de onderzoekers het idee om eens te kijken wat deze huidmondjes managers in de embryo deden. Om ze te kunnen zien in de embryo gaven de onderzoekers de managers een fluorescerend eiwit mee.

Op deze manier zagen de onderzoekers, dat SPEACHLESS al vroeg in de ontwikkeling actief was. In het begin nog in groepjes cellen, daar waar de embryonale blaadjes zich ontwikkelen. Maar naarmate de embryo zich meer ontwikkelde was SPEACHLESS meer en meer enkel in enkele cellen te zien die omringt waren door cellen waar SPEACHLESS niet voorkwam.

Met vroege SPEACHLESS bemoeiing houd de plant het overzicht over de huidmondjes verdeling

In tegen stelling tot SPEACHLESS, zagen de onderzoekers van de managers van het tweede gedeelte van de huidmondjes ontwikkeling alleen MUTE aanwezig was het eind van de embryo ontwikkeling. MUTE zat in dezelfde enkele cellen als SPEACHLESS. Van FAMA, dat nodig is om de laatste stap van de huidmondjes ontwikkeling zagen de onderzoekers geen spoor. De huidmondjes ontwikkelen zich dus maar gedeeltelijk in de embryo.

Ondanks dat de huidmondjes niet volledig vormen, is het vormen van het patroon van waar de huidmondjes komen belangrijk. In zaailingen waarbij SPEACHLESS z’n werk niet kon doen tijdens embryo ontwikkeling, zagen de onderzoekers dat de huidmondjes in groepjes vormen. Dus niet regelmatig over het blad verdeeld.

Doordat SPEACHLESS al in het vroege stadia van embryo ontwikkeling aanstaat lukt de plant het om een regelmatig huidmondjes patroon te ontwikkelen. Zonder die vroege inmenging van SPEACHLESS lukt dit niet. Dan raakt de plant het overzicht kwijt. En komen de huidmondjes op een kluitje te zitten.

Literatuur

Margot E. Smit, Anne Vatén, Andrea Mair, Carrie A.M. Northover, and Dominique C. Bergmann (2023) Extensive embryonic patterning without cellular differentiation primes the plant epidermis for efficient post-embryonic stomatal activities, Developmental Cell (2023), https://doi.org/10.1016/j.devcel.2023.02.014

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.