Pollen discrimination

Pollen discrimination

When visiting flowers pollinators bring a wide variety of pollen, coming from a range of plants. From plants of the same species, but also from those that are not related at all. Plants are picky, to prevent spending their energy on the production of unviable offspring. Only pollen that are recognised as compatible are allowed to fertilise a flower. The plant stops all the others. The question is how. Now Chinese and American researchers have found out.

The receptor SRK helps the plant to recognise unwanted pollen. Recognises SRK a protein on the pollen coat, then SRK gets hold of it. At that moment a chain reaction to prevent pollen tube formation gets underway. Preventing fertilisation of the flower.

To analyse what happens the researchers compared how the plant reacted to wanted and unwanted pollen. They noticed that, only in the case of unwanted pollen, that there was lots of reactive oxygen species present. Bot only when SRK was there. Was SRK absent, then there was also no reactive oxygen species in the presence of unwanted pollen, these could go ahead and fertilise the flower.

Nitrate oxide is enabling pollen tube formation

But what about when wanted pollen arrived on the stigma? Recognising these, the researchers noted, was done by a second receptor, FER. In absence of FER the wanted pollen could not form a pollen tube. Making it two receptors that are sorting the pollen, one for wanted and one for the unwanted ones.

The researchers observed that nitrate oxides are produced by the chain reaction that FER initiates. Nitrate oxide then prevents the formation of reactive oxygen species, and as such enabling pollen tube formation. To analyse if the presence of nitrate oxide allows the unwanted pollen access, the researchers treated the plants with GSNO, that is substance that is mimicking nitrate oxide. It turns out, that it allowed unwanted pollen to fertilise the flowers.

Nitrate oxide is enabling pollen tube formation. This knowledge could plant breeders use to cross distantly related species. Something that is often wanted, but in reality, is difficult to do, because plants pollen from distant relatives often not recognise as compatible. But through misleading the plants, breeders can now cross them.

Literature

Huang, J., Yang, L., Yang, L. et al. (2023) Stigma receptors control intraspecies and interspecies barriers in Brassicaceae. Nature 614, 303–308. https://doi.org/10.1038/s41586-022-05640-x 

Stuifmeelkorrel discriminatie

Stuifmeelkorrel discriminatie

Bij bloem bezoek nemen bestuivers allerhande stuifmeelkorrels mee, afkomstig van allerlei planten. Zowel die van dezelfde soort als van planten die totaal niet verwant zijn. Om hun energie niet te verspillen aan het produceren van nakomelingen die niet levensvatbaar zijn planten kieskeurig. Alleen stuifmeelkorrels die herkend worden mogen de bloem bevruchten. De rest houdt de plant tegen. De vraag was hoe. Chinese en Amerikaanse onderzoekers hebben dit nu uitgezocht.

De receptor SRK helpt de plant om onverenigbare stuifmeelkorrels te herkennen. Herkent SRK een eiwit aan de buitenkant van de stuifmeelkorrel, dan pakt SRK deze vast. Op dat moment zet het een kettingreactie in gang dat pollenbuisvorming voorkomt. Dit houdt de bevruchting tegen.

Om te onderzoeken wat er gebeurt vergeleken de onderzoekers de reactie op wenselijke en onwenselijke stuifmeelkorrels. Hierbij viel het de onderzoekers op dat alleen wanneer er onwenselijke stuifmeelkorrels waren, er ook veel reactieve zuurstof deeltjes aanwezig waren. Maar alleen bij aanwezigheid van SRK. Bij afwezigheid waren er geen reactieve zuurstof deeltjes ook wanneer er onwenselijke stuifmeelkorrels waren, en mochten deze de bloem bevruchten.

Stikstofoxide zorgt er dus voor ongehinderde pollenbuisvorming

Maar wat als er een wenselijke stuifmeelkorrel op de stempel terecht komt? De onderzoekers ontdekte dat om deze te herkennen een andere receptor nodig was, FER. Bij afwezigheid van FER lukte het ook wenselijke stuifmeelkorrels niet om een pollenbuis te vormen. Er zijn dus twee receptoren die helpen met het sorteren van stuifmeelkorrels, een voor wenselijke en een voor onwenselijke.

De onderzoekers ontdekte dat de kettingreactie die FER in gang zet stikstofoxide produceert. Stikstofoxide op z’n beurt remt de productie van reactieve zuurstof, en zorgt er zo voor dat de pollenbuis zich kan ontwikkelen. Om te kijken of bij aanwezigheid van stikstofoxide ook onwenselijke stuifmeelkorrels helpt doorgang te krijgen, behandelde de onderzoekers planten met GSNO, dat de werking van stikstofoxide nabootst. Wat bleek, onwenselijke stuifmeelkorrels konden nu de bloem bevruchten.

Stikstofoxide zorgt er dus voor ongehinderde pollenbuisvorming. Deze kennis kunnen veredelaars goed gebruiken om ver-verwante planten te kruisen. Iets wat vaak gewenst maar moeilijk is, omdat planten stuifmeelkorrels van de verre verwant vaak niet als wenselijk herkennen. Maar door de planten voor de gek te houden kan het nu toch.

Literatuur

Huang, J., Yang, L., Yang, L. et al. (2023) Stigma receptors control intraspecies and interspecies barriers in Brassicaceae. Nature614, 303–308. https://doi.org/10.1038/s41586-022-05640-x

Grip on DNA

Grip on DNA

For plants that reproduce trough flowering, a proper formation of these flowers is essential. One of the important proteins in this process is LEAFY, a gene on/off switching protein. LEAFY regulates genes needed for flower formation. LEAFY can turn on some of these by itself, but for others LEAFY needs a helping hand. One of these helpers is UFO. Long, it was unclear how UFO helps LEAFY because UFO is not a gene on/off switching protein itself. But now researchers from France have found out how UFO helps LEAFY

UFO has one clearly identifiable domain: an F-box. As a rule proteins with an F-box are part of the labelling machine that marks proteins for degradation. UFO is even part of those F-box proteins for which this function was deciphered. Not strange to think that the help that UFO gives LEAFY is in the form of labelling proteins for degradation. But this turned out not to be the case.

The researchers analysed if the F-box part of the UFO protein was needed for the help that UFO gave LEAFY. UFO and LEAFY together turn on the genes for which UFO is needed, without UFO LEAFY could not switch those genes on. But UFO without its F-box helped LEAFY just as well as. The F-box was not needed, UFO was not helping through marking genes for degradation

UFO is literary helping LEAFY to get grip on the DNA

But what was UFO doing to help LEAFY. To find out, the researchers zoomed in on the region of the gene were the binding of gene on/off switches takes places. Here they observed that UFO, but not LEAFY bound to the DNA, although LEAFY is needed to turn on the genes. The binding of UFO to the DNA was depended on the nucleotide order. Changing this caused UFO to no longer bind to the DNA. Therefore, UFO was needed for LEAFY to bind to the UFO-specific regions on the DNA

UFO is literary helping LEAFY to get grip on the DNA of the genes they turn on together. In this way UFO helps LEAFY to distinguish between the genes it can turn on. Making it possible that a single master switch like LEAFY can be responsible for the formation of something so complex like a flower.

Literature

Philippe Rieu, Laura Turchi, Emmanuel Thévenon, Eleftherios Zarkadas, Max Nanao, Hicham Chahtane, Gabrielle Tichtinsky, Jérémy Lucas, Romain Blanc-Mathieu, Chloe Zubieta, Guy Schoehn & François Parcy (2023) The F-box protein UFO controls flower development by redirecting the master transcription factor LEAFY to new cis-elements. Nature Plants. https://doi.org/10.1038/s41477-022-01336-2

Grip op DNA

Grip op DNA

Voor planten die zich via bloemen voortplanten is goede vorming van deze bloemen essentieel. Master regelaar hierin is LEAFY, een gen aan/uitzetter. LEAFY reguleert genen die nodig zijn voor het vormen van een bloem. Sommige daarvan kan LEAFY zonder hulp aanzetten, maar voor anderen is een helpende hand nodig. Een van die hulpjes is UFO. Omdat UFO geen gen aan/uitzetter is, was voor lange tijd niet duidelijk hoe UFO LEAFY helpt. Maar nu hebben Franse onderzoekers dit uitgezocht.

UFO heeft een duidelijk herkenbaar domein: een F-box. Eiwitten met een F-box nemen in de regel deel aan een label-machine die eiwitten markeert voor afbraak. UFO behoort zelfs tot de groep F-box eiwitten waarbij deze functie was geobserveerd. Niet gek om dan te denken dat de hulp die LEAFY van UFO krijgt in de vorm van eiwitten gelabeld voor afbraak is. Niets bleek minder waar.

UFO helpt LEAFY letterlijk grip op het DNA te krijgen

De onderzoekers analyseerde of het F-box gedeelte van UFO nodig was voor de help die UFO aan LEAFY geeft. UFO en LEAFY samen zette de genen aan waarvoor UFO nodig was. Zonder UFO lukte dit niet. Maar UFO zonder F-box kon LEAFY ook helpen. De F-box was dus niet nodig, UFO hielp dus niet door eiwitten te labelen voor afbraak.

Wat deed UFO dan wel. De onderzoekers zoomde in op de regio waar gen aan/uitzetters aan het DNA binden. Hier, zo zagen de onderzoekers, bond UFO maar niet LEAFY aan het DNA van genen, al is LEAFY nodig om ze aan te zetten. De binding van UFO was afhankelijk van de nucleotiden volgorde. Veranderde de onderzoekers deze dan kon UFO er ook niet binden. Daarom was UFO nodig zodat LEAFY op UFO-specifieke plekken van het DNA kon binden.

UFO helpt LEAFY dus letterlijk grip te krijgen op het DNA van de genen die ze samen aanzetten. Op deze manier helpt UFO LEAFY onderscheid te maken tussen de genen die het aan kan zetten. Zo kan een master-regelaar zoals LEAFY verantwoordelijk zijn voor het vormen van zoiets complex zoals een bloem.

Literatuur

Philippe Rieu, Laura Turchi, Emmanuel Thévenon, Eleftherios Zarkadas, Max Nanao, Hicham Chahtane, Gabrielle Tichtinsky, Jérémy Lucas, Romain Blanc-Mathieu, Chloe Zubieta, Guy Schoehn & François Parcy (2023) The F-box protein UFO controls flower development by redirecting the master transcription factor LEAFY to new cis-elements. Nature Plants. https://doi.org/10.1038/s41477-022-01336-2