Loss of pressure

Loss of pressure

The epidermis, the outer cell layer of a plant, protects the plant against the outside world. Their function is determined by their position in the plant. All cells in the outermost cell layer are doomed to develop into epidermis cells. Up to now it was unknown how these cells recognise their position. Now Japanese, Finnish, and German researchers have discovered that the amount of pressure a cell experience determines if they turn on the epidermis master switch ATML1.

ATML1 is a transcription factor, a gene on/off switch, that turns on the genes needed for a cell to develop into an epidermis cell. ATML1 is switched on in all the epidermis cells, but not in the underlying mesophyll cells. But what causes ATML1 to be turned on in this outermost cell layer was unknown.

In order to study this the researchers analysed ATML1 expression after they made a new the outer layer of a leaf through stripping it from its epidermis. They observed that in the exposed outside mesophyll cells ATML1 was switched on. But only in these cells. In a lower cell layer ATML1 was off.

ATML1 was only switched on in epidermis stripped leaves in low osmolarity

The researchers noticed that the exposed mesophyll cells extruded from the leaf. This gave them the hind that a difference of pressure might be playing a role in turning ATML1 on. To analyse this, the researchers placed an epidermis stripped leaf artificial under pressure through placing it between to glass coverslips. Looking how this affected ATML1 expression, the researchers observed that the mesophyll cells with the artificial epidermis did not turn on ATML1. But in absence of the artificial epidermis ATML1 was switched on in the exposed cells.

Subsequently the researcher confirmed that it was indeed the pressure difference that turned on ATML1. For this they placed epidermis stripped leaves in solutions with different osmolarity. Cells in a high osmolarity solution would not feel the otherwise perceived pressure difference, while those in a low osmolarity solution do. The researchers observed that ATML1 was only switched on in epidermis stripped leaves in the low osmolarity solution.

The registration of the loss of pressure on the mesophyll cells result in the switching on ATML1. But how the cell exactly perceives this loss of pressure is still unknown. But the first step is taken in finding out how this is done.

Literature

Iida, H., Mähönen, A.P., Jürgens, G. et al. (2023) Epidermal injury-induced derepression of key regulator ATML1 in newly exposed cells elicits epidermis regeneration. Nature Communications 14, 1031. https://doi.org/10.1038/s41467-023-36731-6

Verlies van druk

Verlies van druk

De epidermis, de buitenste cellaag van een plant, beschermt de plant tegen de buitenwereld. Deze cellen danken hun functie aan hun locatie in de plant. Alle cellen in de buitenste cellaag zijn gedoemd om epidermis te worden. Hoe deze cellen hun positie herkennen was tot nu toe in het ongewisse. Nu hebben Japanse, Finse en Duitse onderzoekers ontdekt dat de hoeveelheid druk die een cel ervaart bepaald of ze het epidermis master gen ATML1 aanzetten.

ATML1 is een transcriptie factor, een gen aanzetter, die de genen aanzet die nodig zijn voor de cel om zich te ontwikkelen tot een epidermiscel. In alle epidermiscellen staat AMTL1 aan, maar in de onderliggende bladmoescellen niet. Wat ervoor zorgt dat AMTL1 aangaat in deze buitenste cellaag was onbekend.

Om dit te onderzoeken besloten de onderzoekers te kijken naar ATML1 expressie nadat ze een nieuwe buitenste laag hadden gemaakt door het verwijderen van de epidermis van een blad. Hierbij zagen ze dat in aan de buitenlucht blootgestelde bladmoescellen ATML1 aan ging. Maar alleen in die cellen. Cellen in een laag eronder zette ATML1 niet aan.

ATML1 ging alleen aan in epidermisloze bladeren in een lage osmolariteit

Het viel de onderzoekers op dat de blootgestelde bladmoescellen uit het blad staken. Dit gaf ze het idee om te kijken of het verschil in druk een rol speelt in het aanzetten van ATML1. Dit deden ze door een epidermisloos blad kunstmatige onder druk te zetten door het tussen twee glasplaatjes te plaatsen. Kijkend naar het effect op de ATML1 expressie zagen de onderzoekers dat in bladmoescellen die een kunstmatige epidermis hadden geen ATML1 aanzette. Was de kunstmatige epidermis afwezig dan ging ATML1 aan in de epidermisloze bladmoescellen.

Vervolgens bevestigde de onderzoekers dat het inderdaad het drukverschil was die voor het aanzetten van ATML1 zorgt. Bestudeerde de onderzoekers wat er gebeurt bij het plaatsen van de epidermisloze bladeren in vloeistoffen met verschillende osmolariteit. Cellen in een oplossing van hoge osmolariteit kunnen een drukverschil niet voelen, maar cellen in een oplossing van een lage osmolariteit wel. De onderzoekers zagen dat ATML1 alleen aan ging in epidermisloze bladeren in een vloeistof met een lage osmolariteit lagen.

Het registeren van een verlies van druk op de bladmoescellen resulteert dus in het aanzetten van ATML1. Maar hoe de cel dit precies registreert is nog onduidelijk. De eerste stap in het ontrafelen hiervan is in ieder geval gezet.

Literatuur

Iida, H., Mähönen, A.P., Jürgens, G. et al. (2023) Epidermal injury-induced derepression of key regulator ATML1 in newly exposed cells elicits epidermis regeneration. Nature Communications 14, 1031. https://doi.org/10.1038/s41467-023-36731-6

Yellow leaves for more energy

Yellow leaves for more energy

Optimal use of photosynthetic capacity, the capture of energy is of great importance for a higher crop yield. Knowing this, it is not strange that for a long time breeders were selecting for greener leaves. As greener leaves mean more photosynthetic capacity. But this is not the whole story. Greener leaves also let through less light, putting the lower leaves in de the shade. Not ideal for optimal photosynthesis. Now researchers from the Netherlands and China showed that actual selecting on yellower leaves can result in a plants optimal energy capture.

The amount of energy a leaf in theory can capture with photosynthesis depends on the amount of chlorophyl in the leaf. The greater the amount of chlorophyl, the more sunlight it can absorb, the bigger the photosynthesis capacity. And the greener the leaf. But that is the theory. To find out how this translates to a whole plant, the researchers compared plants with more or with less chlorophyl in their leaves.

Greener is not always automatically better

To do this the researchers measured the photosynthesis capacity, but also things like how much light a leaf absorbs, and which proteins they made. This enabled the researchers to conclude that extra green leaves actually don’t contribute that much extra. While having less chlorophyl had a clear effect, although which depended on the background of the plant.

The researchers noticed that plants with a lower amount of chlorophyl needed less protection against an overdose of sunlight. This saved energy. When the plant manages to use this saving for making more proteins that convert the captured sunlight into glucose, then these plants, in the end captured more energy.

Yellower leaves can mean a more profitable energy balance for the plant. In this way, a reduced chlorophyl level can result in an optimal use of its photosynthetic capacity. Making greener not always automatically better.

Literature

Z. Zhou, P.C. Struik, J. Gu, P.E.L. van der Putten, Z. Wang, X. Yin, and J. Yang (2023) Enhancing leaf photosynthesis from altered chlorophyll content requires optimal partitioning of nitrogen,Crop and Environment, https://doi.org/10.1016/j.crope.2023.02.001.

Gele bladeren voor meer energie

Gele bladeren voor meer energie

Voor een hoge gewasopbrengst is het optimaal benutten van fotosynthese, het vastleggen van energie, van groot belang. Het is dan ook niet vreemd dat men voor lange tijd selecteerde op groenere bladeren. Tenslotte hoe groener, hoe meer fotosynthese capaciteit. Toch is dit niet het hele verhaal. Groenere bladeren laten ook minder licht door, en zetten zo lagergelegen bladeren in de schaduw. Niet echt handig voor optimale fotosynthese. Nu hebben onderzoekers uit Nederland en China laten zien dat juist het selecteren op gelere bladeren kan resulteren in optimale energie vastlegging door de plant.

Hoeveel energie een blad theoretisch kan vastleggen met behulp van fotosynthese hangt af van hoeveel chlorofyl een blad heeft. Hoe meer chlorofyl, hoe meer zonlicht het kan absorberen, hoe groter de fotosynthese capaciteit. En ook hoe groener het blad. Maar dat is de theorie. Om uit te zoeken hoe dit vertaalt naar een hele plant vergeleken de onderzoekers planten die meer of juist minder chlorofyl hadden.

Groener is dus niet altijd beter

Om dit te analyseren maten de onderzoekers de fotosynthese capaciteit, maar ook dingen zoals hoeveel licht een blad opvangt, en welke eiwitten er aanwezig zijn. Hierbij ontdekte de onderzoekers dat extra groene bladeren eigenlijk niet zo heel veel extra bijdragen. Terwijl minder chlorofyl een duidelijk effect had. Al hing het effect af van de achtergrond van de plant.

De onderzoekers zagen in planten met een lagere hoeveelheid chlorofyl minder bescherming tegen een te veel aan zonlicht nodig hadden. Dit bespaarde juist energie. Lukte het om deze besparing om te zetten in meer eiwitten die het opgevangen zonlicht omzetten in glucose, dan legde deze planten onder de streep meer energie vast.

Gelere bladeren zorgen ervoor dat een plant voordelige uitkomt met z’n energiehuishouden. Zo kan een verminderde hoeveelheid chlorofyl toch zorgen voor een optimale benutting van fotosynthese. Groener is dus niet altijd beter.

Literatuur

Z. Zhou, P.C. Struik, J. Gu, P.E.L. van der Putten, Z. Wang, X. Yin, and J. Yang (2023) Enhancing leaf photosynthesis from altered chlorophyll content requires optimal partitioning of nitrogen,Crop and Environment, https://doi.org/10.1016/j.crope.2023.02.001.