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.

Misleading flowers

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

Misleidende bloemen

Misleidende bloemen

Planten hebben veel manieren om insecten zo ver te krijgen om hun bloemen te bestuiven. Een daarvan is het met hun bloemen nabootsen van vrouwelijke insecten. Zo lokken ze de mannetjes die in hun poging om seks te hebben de bloem bestuiven. Dit is een aanpassing die veel voorkomt bij orchideeën. Maar over hoe zo’n nieuwe eigenschap tot stand komt is nog veel onduidelijk. Met behulp van het Zuid Afrikaanse madeliefje laten onderzoekers uit het Verenigd Koninkrijk in samenwerking met onderzoekers uit Frankrijk en Zuid-Afrika zien dat de ontwikkeling van seksuele misleiding voortkomt uit de rekrutering van verschillende al bestaande genen.

In z’n klassieke vorm heeft het Zuid-Afrikaanse madeliefje een oranje bloemetje met een donker, groen-zwart ring rondom een oranje hart, waarbij alle bloemblaadjes een effe, gladde structuur hebben. Maar er zijn ook variaties waarbij de bloemblaadjes een verruwing hebben ter hoogte van de groen-zwarte ring. Variaties waarbij maar enkele bloemblaadjes een groen-zwart vlek hebben. En er zijn variaties waarbij dit samenkomt, waarbij het lijkt alsof er een paar vliegjes op de bloem zitten.

Om te ontdekken hoe deze eigenschap tot stand is gekomen vergeleken de onderzoekers de genen die aanstaan in de bloemblaadjes tussen de verschillende varianten. Dit leverde een groep van 149 genen die verschilde in expressie tussen de verschillende varianten. Maar dit zegt nog niks over de totstandkoming zelf. Dus zoomde de onderzoekers in op de sub-eigenschappen.

De vliegjes nabootsende eigenschap is een samenkomst van diverse sub-eigenschappen

Sub-eigenschap nr1: pigmentatie

De bloemblaadjes hebben een kleurschakering die loopt van dieprood naar donkerpaars, violet en blauw. De paars-rode kleur konden de onderzoekers verklaren aan de hand van de aanwezigheid van genen die zorgen voor het aanmaken van paars-rode pigmenten. Maar niet de overgang naar blauw. Dit zo zagen de onderzoekers kwam door een toename van ijzer in die cellen, precies op de plek waar de blaadjes een donkerblauwe kleur hebben. De blauwe kleur is te danken aan de interactie van het ijzer met het rood-paarse pigment. Om het ijzer in de bloemblaadjes te krijgen hebben de Zuid-Afrikaanse madeliefjes de genen van de ijzerhuishouding gerekruteerd.

Sub-eigenschap nr2: celstructuur

Inzoomend op de bloemblaadjes is te zien dat de verruwing komt doordat er uitsteeksels, zogenaamde papillen, uit de cellen. Bij het doorspitten van de 149 kandidaat genen viel het oog van de onderzoekers op een gen wiens expressie ervoor zorgt dat de celwanden losser zijn. Normaal gesproken is dit gen actief in de wortels, bij het vormen van wortelharen. Maar het bleek dat sommige Zuid-Afrikaanse madeliefjes dit gen ook aanzetten in hun bloemblaadjes. Ook hier zorgt het voor een wat lossere celwand, waardoor er uitstulpsels ontstaan, verruwingen.

Sub-eigenschap nr3: ruimtelijke organisatie

Met andere woorden, hoe komt het dat maar enkele bloemblaadjes op vliegjes lijken? Hier bleek niet het aanzetten van een gen, maar juist het uitzetten van een gen verantwoordelijk te zijn. De onderzoekers ontdekte dat een bekend gen met betrekking tot ruimtelijke organisatie alleen aanstaat in de bloemblaadjes die op vliegjes lijken, tenminste op dat moment. Eerder in de ontwikkeling van de bloem staat dit gen in alle bloemblaadjes aan. Inzoomend op het gen zagen de onderzoekers dat de plant dit gen later in de ontwikkeling van de bloemblaadjes weer uitzet. Maar niet in de op vliegjes lijkende bloemblaadjes, daar blijft het juist aan. Ook hier heeft het Zuid-Afrikaanse madeliefje genen van een ander proces gerekruteerd.

Het verkrijgen van deze nieuwe eigenschap is voor het Zuid-Afrikaanse madeliefje dus een samenkomst van sub-eigenschappen. Elk bijdragend aan een betere bestuiving. Elk het gevolg van een op zichzelf staande rekrutering van genen die eigenlijk voor een andere eigenschap nodig zijn.

Literatuur

Roman T. Kellenberger, Udhaya Ponraj, Boris Delahaie, Róisín Fattorini, Janneke Balk, Sara Lopez-Gomollon, Karin H. Müller, Allan G. Ellis, and Beverley J. Glover (2023) Multiple gene co-options underlie the rapid evolution of sexually deceptive flowers in Gorteria diffusa, Current Biology https://doi.org/10.1016/j.cub.2023.03.003

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.