Ghost plants

Ghost plants

Plants and the colour green are inseparable connected. Plants are green due to their chlorophyl, the small organelles where photosynthesis takes place. Still there are plants that, irrespective of the advantages of making your own energy, chose to chuck their chlorophyl out. Without chlorophyl these plants have a ghostly appearance and get their nutrients through feeding of fungi. These ghost plants are difficult to distinguish, but Japanese researchers have discovered a new species.

The ghost plant species Monotropastrum humile is widely distributed. This completely white plant consists of a scaly stem with a chalice-like flower. Together about 5 cm tall. Sometimes the researchers noticed, the flowers had rosy pink appearance. At first, they assumed that this was a variation of M. humile. But closer study revealed that this was not the case.

The first clue that it could be a different species came after studying the flowering time. The researchers noticed that the plants with white flowers flowered in May. But only in June, when the white flowers finished flowering, the plants with the pink flowers flowered.

Monotropastrum kirishimense a new chlorophyl less plant species

To gather more evidence, to make sure that they really had two different species, the researchers compared the genome of 42 ghost plants. The phylogenetic tree that they created based on the 42 genomes showed a clear separation into two branches. One branch consisted out of ghost plants with pink flowers, while the other branch contained the white flowering ghost plants.

The last piece of evidence to show that they dealt with two different species the researchers got when they zoomed in on the fungi the plants feed of. While the pink flowering ghost plants had a clear preference for a single fungi species, the white flowering plants were feeding of a broader range of fungi.

A new species also needs a new name. The Japanese researchers have named the pink flowering ghost plants after the place of their discovery: Kirishima in the Japanse Kagoshima Prefecture. That why their name is Monotropastrum kirishimense.

Literature

Suetsugu, K., Hirota, S.K., Hsu, TC., Kurogi, S., Imamura, A., and Suyama , Y. (2022) Monotropastrum kirishimense (Ericaceae), a new mycoheterotrophic plant from Japan based on multifaceted evidence. J Plant Res. https://doi.org/10.1007/s10265-022-01422-8

Spookplanten

Spookplanten

Planten en de kleur groen zijn onlosmakelijk aan elkaar gebonden. Hun groene kleur danken planten aan hun chlorofyl, kleine organellen waar de fotosynthese plaats vindt. Toch zijn er planten die, ondanks alle voordelen van het aanmaken van je eigen energie, gekozen hebben on hun chlorofyl de deur uit te doen. Zonder chlorofyl zien deze planten er spookachtig uit en verkrijgen ze hun voedingstoffen van schimmels. Deze spookplanten zijn moeilijk te onderscheiden van elkaar, maar Japanse onderzoekers hebben een nieuwe soort van ontdekt.

In Japan is de spookplant Monotropastrum humile wijd verspreid. Deze geheel witte plant bestaat uit een stam met schubben en een kelkvormige bloem. Samen ongeveer 5 cm hoog. Soms zagen de onderzoekers vertoonde de bloem een rozige tint. In eerste instantie ervan uitgaande dat dit een variatie van M. humile was. Maar uit nader onderzoek bleek dit niet het geval te zijn.

De eerste hint dat het wel eens om een ander soort kon gaan kwam na het bestuderen van het tijdstip van bloeien. De planten met de witte bloemen bloeide in mei. Maar pas in juni, nadat de witte bloemen uitgebloeid waren bloeide de planten met de roze bloemen.

Monotropastrum kirishimense een nieuwe chlorofyl loze planten soort

Om meer bewijs te vinden dat het echt om twee soorten ging, vergeleken de onderzoekers het genoom van 42 spookplanten. De fylogenetische stamboom die ze aan de hand van deze 42 genomen maakten vertoonde een duidelijke opdeling in twee takken. De ene tak bestond uit spookplanten met de roze bloemen, en in de andere tak zaten de planten met witte bloemen.

Het laatste bewijs dat het echt om twee soorten ging verkregen de onderzoekers toen ze inzoomde op de schimmels waarvan de spookplanten hun voedingstoffen krijgen. De planten met roze bloemen hadden een duidelijke voorkeur voor een enkele schimmel soort, terwijl de witbloemige planten voedingstoffen afnam van een breder assortiment van schimmels.

Bij een nieuw soort past dan ook een nieuwe naam. De Japanse onderzoekers hebben de roze bloemige spookplanten vernoemt naar hun vindplaats: Kirishima in het Japanse Kagoshima Prefectuur. Hun naam is daarom Monotropastrum kirishimense.

Literatuur

Suetsugu, K., Hirota, S.K., Hsu, TC., Kurogi, S., Imamura, A., and Suyama , Y. (2022) Monotropastrum kirishimense (Ericaceae), a new mycoheterotrophic plant from Japan based on multifaceted evidence. J Plant Res. https://doi.org/10.1007/s10265-022-01422-8

New plants

New plants

Plants reproduce through pollination. But they can do it also without. For example, can you multiply plants via cuttings. The cuttings are a clone of the mother plant. You can also do this on a much smaller scale. Take mature cells, from for example a leaf, and grow them on culture media and under the right conditions these mature cells will take on an embryo-cell identity. Researchers call this process somatic embryogenesis. It is a well-known technique used by breeders for multiplying plants. But we actually don’t really know what the underling mechanism of this process is. Dutch researchers are trying to change this.

Specifically, the researchers focused on the role of endogenous auxin. Of this plant hormone it is known that it is required for normal embryos to develop from a ball of cells into the shape of a plant. But it is not really clear what its job during somatic embryogenesis. More so because synthetic auxin is also needed during the process of acquiring the embryonic cell fate.

The first thing the researchers did was determine when the cells get their embryonic cell identity. This they did using an embryo specific marker WOX2. The researchers observed lighting up of the marker after 5 to 6 days only in cells growing on medium with the synthetic auxin. Those cells developed into a kind of pro-embryos. But only after transfer to medium without synthetic auxin did the pro-embryos develop into clearly distinguishable globular embryos, the ball of cells. And subsequently developed just like normal embryos.

Endogenous auxin is clearly needed to keep the acquired embryogenic cell identity

To find out the role of endogenous auxin in all this, the researchers looked to auxin synthesis. They observed that the auxin synthesis genes were turned on from day 7, when the cells had acquired their embryonic cell identity. Blocked the researchers the ability to turn on these auxin synthesis genes, then the cells lost their embryonic cell identity. Production of endogenous auxin is a thus a requirement for maintaining embryonic cell identity.

But control of the distribution of auxin is also needed for the development from a ball of cells into a plant. When the researchers blocked the ability of the cell to take up auxin, then these cells also lost their embryogenic cell identity. But the ability to pump auxin out of the cell had no influence on this. The cells kept their embryogenic cell identity when blocking of the auxin efflux pumps, but they lost the ability to develop from a ball of cells into a plant.

Endogenous auxin is clearly needed to keep the acquired embryogenic cell identity. Now this is known, breeders can use this to improve the procedure of multiplying plants through embryogenesis. But the question remains what happens in those first 5 to 7 days during which the cell acquires its embryogenic cell identity.

Literature

Karami, O., Philipsen, C., Rahimi, A., Nurillah, A.R., Boutilier, K. and Offringa, R. (2023), Endogenous auxin maintains embryonic cell identity and promotes somatic embryo development in Arabidopsis. Plant Journal, 113: 7-22. https://doi.org/10.1111/tpj.16024

Nieuwe plantjes

Nieuwe plantjes

Planten planten zich voort door bestuiving. Maar ze kunnen het ook zonder. Zo kan je planten vermeerderen door ze te stekken. De stekjes zijn dan een kloon van de moederplant. Dit stekken kun je ook op een veel kleinere schaal doen. Waarbij je volwassen cellen, van bijvoorbeeld een blad neemt, deze groeit op groeimedium en onder de juiste condities nemen deze volwassen cellen een embryo-cel identiteit aan. Iets wat onderzoekers somatische embryogenesis noemen. Het is een veel gebruikte techniek door kwekers om planten te vermenigvuldigen. Maar wat het achterliggende mechanisme hiervan precies is weten we eigenlijk niet. Onderzoekers uit Leiden en Wageningen hopen hier verandering in te brengen.

Specifiek keken de onderzoekers naar de rol van plant eigen auxine. Van dit plant hormoon is bekend dat het nodig is voor gewone embryo’s om zich van een bolletje cellen in de vorm van een plant ontwikkelen. Maar wat z’n taak is bij somatische embryo’s is niet echt duidelijk. Temeer om dat om de embryo-cel identiteit aan te meten synthetische auxine van buiten nodig is.

Het eerste wat de onderzoekers deden was vaststellen wanneer de cellen hun embryo-identiteit aannemen. Dit deden ze met behulp van het embryo specifieke marker WOX2. Alleen in cellen groeiend op medium met synthetische auxine zagen de onderzoekers de marker na 5 of 6 dagen oplichten. De cellen ontwikkelde zich tot een soort van pro-embryo’s. Pas na verplaatsing naar auxine vrij medium ontwikkelde deze pro-embryo’s zich in duidelijk herkenbare globular embryo’s, het bolletje cellen, en vervolgens ontwikkelde ze zich net al normale embryo’s.

Plant eigen auxine is duidelijk nodig om de embryo-cel identiteit te behouden

Om de rol van plant eigen auxine te ontdekken, onderzochten de onderzoekers eerst de auxine synthese. Hierbij zagen ze dat de auxine synthese genen aan stonden van af dag 7, wanneer de cellen een embryo-identiteit hadden. Voorkwamen de onderzoekers dit aanzetten van de auxine synthese genen, dan verloren de cellen hun verkregen embryo-identiteit weer. Het aanmaken van eigen auxine was dus nodig voor het behoud van de embryo-cel identiteit.

Maar om te ontwikkelen van een bolletje cellen in een plant is ook de controle van de verspreiding van auxine nodig. Blokkeerde de onderzoekers het opnemen van auxine door de cel, dan verloren de cellen ook hun embryo-cel identiteit. Het pompen van auxine uit de cel, om zo een gradiënt te vormen had geen invloed hierop. Bij het blokkeren van de pompen die auxine de cel uit pompte behielden de cellen hun embryo-cel identiteit, maar ze ontwikkelde zich niet verder dan een bolletje cellen.

Plant eigen auxine is duidelijk nodig om de embryo-cel identiteit te behouden wanneer deze eenmaal ontwikkeld is. Nu dit bekend is kunnen kwekers dit gebruiken om de vermenigvuldiging via somatische embryogenesis te verbeteren. Maar de vraag blijft wat er nu precies voor zorgt in die eerste 5 tot 7 dagen dat het duurt om de embryo-cel identiteit te verkrijgen.

Literatuur

Karami, O., Philipsen, C., Rahimi, A., Nurillah, A.R., Boutilier, K. and Offringa, R. (2023), Endogenous auxin maintains embryonic cell identity and promotes somatic embryo development in Arabidopsis. Plant Journal, 113: 7-22. https://doi.org/10.1111/tpj.16024