Working together

Working together

The first thing a seedling does, after its germination, is growing upwards. To get above the ground into the sunlight. A seedling gets there not so much through cell division, but through stretching itself. Researchers know that this is regulated by the plant hormones auxin and brassinosteroid. But how these two growth-managers work together was up to recently not clear. But now Chinese researchers show how the two cooperate.

To investigate if the teams of those hormones really work together, the researchers observed how the brassinosteroid-team responded to instructions from auxin. They did this with help of BZR1, a gene on/off switcher which passes on instructions from brassinosteroid to the rest of the team. Under normal circumstances a seedling stretches itself after auxin application. But is BZR1 absent, then the seedling does not respond to auxin. While when there is a more than normal BZR1, the seedling goes an extra mile in its response to auxin.

In the absence of GRF4 BZR1 can go back doing its job

Subsequently the researchers studied how auxin influences BZR1. The step herein was analysing with which other proteins BZR1 interacts. The researchers noticed that BZR1 together with auxin staff member MPK3, and with the protein GRF4. GRF4 is one of those staff members that keeps you from doing your job. Just what GFR4 does by BRZ1. GRF4, observed the researchers, makes sure that the gene on/off switcher is located in the cytoplasm instead of the nucleus. Without being in the same room as the DNA, BZR1 can not do its job.

The next step was finding out what the auxin staff member MPK3 actually does. The researchers observed that when auxin is present, MPK3 transfers a marker for destruction to GFR4. In this was MPK3 removes GFR4 from BZR1. The absence of GFR4 means that BZR1 can go back to the nucleus to do its job, the turning on of genes needed so that the seedling can stretch itself. By working together, the auxin and brassinosteroid teams manage to get seedling to stick its head above the ground.

Literature

Zipeng Yu, Jinxin Ma, Mengyue Zhang, Xiaoxuan Li, Yi Sun, Mengxin Zhang, an Zhaojun Ding (2023) Auxin promotes hypocotyl elongation by enhancing BZR1 nuclear accumulation in Arabidopsis. Sci. Adv., 9 (1), eade2493. https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.ade2493

Read more about stretching seedlings: Searching for light

Samenwerken

Samenwerken

Het eerste wat een zaailing doet, na het ontkiemen, is omhoog groeien om boven de grond in het zonlicht te komen. Dit doet de zaailing niet zo zeer door meer cellen aan te maken maar door zich uit te strekken. Onderzoekers weten dat de plant hormonen auxine en brassinosteroids dit reguleren. Maar hoe deze twee managers van de groei samenwerken was tot voorkort niet duidelijk. Maar nu laten Chinese onderzoekers zien hoe deze samenwerking te werk gaat.

Om te kijken of de teams van deze twee hormonen echt samenwerken keken de onderzoekers naar hoe het team van brassinosteroid reageerde op instructies van auxine. Dit deden ze met behulp van BZR1, een gene aan/uitzetter die de instructies van brassinosteroid doorgeeft aan de rest van het team. Onder normale omstandigheden strekt een zaailing zich uit als deze auxine toegediend krijgt. Is BZR1 echter afwezig, dan reageert de zaailing niet op auxine. Terwijl als er extra veel BZR1 aanwezig is de zaailing zich extra uitslooft. De brassinosteroid midden-manager lijkt dus ook te reageren op instructies van auxine.

In de afwezigheid van GRF4 kan BZR1 z’n werk weer doen

Vervolgens bestudeerde de onderzoekers hoe auxine BZR1 beïnvloede. De eerste stap hierin was kijken met welke andere eiwitten BZR1 interacteert. De onderzoekers zagen BZR1 samen met de auxine medewerker MPK3, en met een eiwit GRF4. GRF4 is zo’n medewerker die je van het werk af houdt. En dit is net wat GRF4 bij BZR1 doet. GRF4, zo zagen de onderzoekers, zorgt ervoor dat gen aan/uitzetter BZR1 niet in de nucleus maar in het cytoplasma is. Niet meer in dezelfde kamer als het DNA kan BZR1 z’n werk niet doen.

De volgende stap was uitzoeken wat de auxine medewerker MPK3 doet. De onderzoekers zagen dat bij aanwezigheid van auxine, MPK3 een instructie voor vernietiging aan GFR4 geeft. Zo haalt MPK3 GRF4 bij BZR1 weg. Bij afwezigheid van GFR4 kan BZR1 terug de nucleus in om z’n werk te gaan doen, het aanzetten van genen die nodig zijn voor het uitstrekken van de zaailing. Door samen te werken lukt de teams van auxine en brassinosteroid om de zaailing boven de grond uit te laten komen.

Literatuur

Zipeng Yu, Jinxin Ma, Mengyue Zhang, Xiaoxuan Li, Yi Sun, Mengxin Zhang, an Zhaojun Ding (2023) Auxin promotes hypocotyl elongation by enhancing BZR1 nuclear accumulation in Arabidopsis. Sci. Adv., 9 (1), eade2493. https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.ade2493

Meer lezen over uitstrekkende zaailingen: Op zoek naar licht

Resistance to witchweed

Resistance to witchweed

Weeds are unwanted. Often, easy removed by hoeing. But it is a different story when weeds are parasitising a plant. Striga is one of these parasitising weeds. It is a real pest in sub-Sahara Africa. It parasitises crops like maize, rice, and sorghum. And it gets its nickname ‘witchweed’ from the ability of its seeds to stay dormant in the soil for up to 20 years. This makes Striga difficult to deal with. But now researchers have discovered a Striga resistance maize line.

The moment strigolactone is perceived by Striga seeds, is the moment they germinate. Strigolactones are important plant hormones that play a role in the development of the plant. They are in charge of regulating shoot branching. But they are also excreted by the plant when it wants to cooperate with fungi. Something Striga uses to germinate when a plant is near.

Because strigolactones are important, a plant cannot do without. This made the researchers look to the specific strigolactones that maize plants excreted. Hoping to find some differences. Strigolactone excretion varied a little between most of the maize plants. But there was one exception, with a completely different profile. This plant excreted the strigolactones zealactol and zealactonoic acid, but not the commonly detected zealacone.

Giving hope, that Striga resistant crops can be developed

Subsequently the researchers studied the effect of the different strigolactone composition. This they did by looking to Striga germination. When zealactone was present approximately 40% of Striga seeds germinated. But in the presence of zealactol Striga germination was reduced to approximately 10%, and in the presence of zealactonoic acid even less seeds germinated.

For the breeding of Striga resistance maize lines it is useful to know the responsible genes. As such the researchers next studied the biosynthesis of strigolactones in maize. They discovered that only one gene was important for getting less zealactone. When the researchers turned this gene off the plant produced only the Striga resistant strigolacones, but not those that enable Striga to germinate. And not unimportant, the Striga resistant maize did not show any other differences with the striga sensitive maize.

Giving hope. That it is possible to adjust the biosynthesis of strigolactones without this having a disadvantaged effect in the development of the plant. That it is possible to excrete strigolactones that do not result in Striga germination. That Striga resistant crops will be developed.

Literature

C. Li, L. Dong, J. Durairaj, J.-C. Guan, M. Yoshimura, P. Quinodoz, R. Horber, K. Gaus, J. Li, Y. Setotaw, J. Qi, H. De Groote, Y. Wang, B. Thiombiano, K. Floková, A. Walmsley, T. Charnikhova, A. Chojnacka, S. Correia de Lemos, Y. Ding, D. Skibbe, K. Hermann, C. Screpanti, A. De Mesmaeker, E. Schmelz, A. Menkir, M. Medema, A. Van Dijk, J.Wu, K. Koch, and H. Bouwmeester (2021) Maize resistance to witchweed through changes in strigolactone biosynthesis. Science 379, 94-99 DOI: 10.1126/science.abq477

Resistentie tegen heksenkruid

Resistentie tegen heksenkruid

Onkruid, de naam zegt het eigenlijk al is ongewenst. Vaak is het makkelijk te verwijderen door te schoffelen. Maar als het onkruid een plant parasiteert dan wordt het een ander verhaal. Striga is zo’n parasiterend onkruid. Het is een echte plaag in sub-Sahara Afrika. Het parasiteert gewassen zoals mais, rijst en sorghum. En dank z’n bijnaam ‘heksenkruid’ aan de eigenschap dat de zaden tot wel 20 jaar kunnen wachten op het juiste moment om te ontkiemen. Dit maakt Striga zo moeilijk te bestrijden. Maar nu hebben onderzoekers een mais lijn ontdekt die Striga resistent is.

Het juiste moment voor Striga zaden om te ontkiemen is het moment dat ze strigolactonen waarnemen.  Strigolactonen zijn plant hormonen die belangrijk zijn tijdens de ontwikkeling van de plant. Ze regelen onder andere de vertakkingen van een plant. Maar ze worden ook door de plant uitgescheiden op het moment dat het een samenwerkingsverband aan wil gaan met schimmels. Iets dat Striga gebruikt om op dat moment toe te slaan.

Omdat strigolactonen belangrijk zijn voor de plant kunnen planten niet zonder. Daarom keken de onderzoekers naar de specifieke strigolactonen die verschillende mais planten uitscheiden. In de hoop een verschil te vinden. Strigolactone uitscheiding varieerde een beetje in de meeste mais planten. Er was een uitzondering, die had een totaal ander profiel. Het scheidde de strigolactonen zealactol en zealactonoic acid uit, maar niet de veel voorkomende zealactone.

Dit geeft hoop, dat er Striga resistente gewassen kunnen komen

De onderzoekers bestudeerde het effect van de veranderde strigolactone samenstelling. Dit deden ze door te kijken naar de ontkieming van Striga zaden. Bij aanwezigheid van zealactone ontkiemde ongeveer 40% van alle zaden. Maar in aanwezigheid van zealactol was dit maar ongeveer 10% en zealactonoic acid zorgde voor nog minder ontkieming.

Om resistentie in ander maislijnen te kweken is het handig om de verantwoordelijke genen te kennen. Daarom bestudeerde de onderzoekers de biosyntheses van strigolaconen in mais. Hierbij viel een gen op. Schakelde de onderzoekers dit gen uit dan produceerde de plant wel de Striga resistente strigolactonen maar niet de strigolactonen die Striga laten ontkiemen. En ook niet onbelangrijk Striga resistente mais vertoonde verder geen verschillen met de Striga gevoelige mais.

Dit geeft hoop. Dat het mogelijk is om de biosynthese van strigolactonen aan te passen zonder dat dit ontwikkeling van de plant nadelig beïnvloed. Dat het mogelijk is om strigolactonen uit te scheiden die Striga niet laten ontkiemen. Dat er Striga resistente gewassen komen.

Literatuur

C. Li, L. Dong, J. Durairaj, J.-C. Guan, M. Yoshimura, P. Quinodoz, R. Horber, K. Gaus, J. Li, Y. Setotaw, J. Qi, H. De Groote, Y. Wang, B. Thiombiano, K. Floková, A. Walmsley, T. Charnikhova, A. Chojnacka, S. Correia de Lemos, Y. Ding, D. Skibbe, K. Hermann, C. Screpanti, A. De Mesmaeker, E. Schmelz, A. Menkir, M. Medema, A. Van Dijk, J.Wu, K. Koch, and H. Bouwmeester (2021) Maize resistance to witchweed through changes in strigolactone biosynthesis. Science 379, 94-99 DOI: 10.1126/science.abq477