Only supple cells may stretch

Only supple cells may stretch

Growth, through making more cells. Or through stretching the cells. Or maybe through something that is a bit in between, what makes it possible for the cells to get even bigger. Endoreplication: the multiplication of the DNA without a cell division following.  You would expect that the more DNA copies a cell has, the bigger it is. But this is not completely the case. Researchers from Sweden, Canada, Belgium, and France studied how endoreplication influences cell size.

To study endoreplication the researchers looked at just germinated seedlings. These grow super quickly, through stretching. This happens at one side of the hypocotyl, the part of the stem between the root and the embryogenic leaves, quicker than on the other side. Making the hypocotyl bend, forming a little hook. In this was the seedling protects its growth centre till it sticks its head above the ground.

In the cells at the outside of this hook the researchers observed more DNA than in the cells that were situated at the inside of the hook. But this was not the case in endoreplication deficient plants. In these plants the hypocotyl bends less and straightens more quickly.

Only supple cell walls are allowed to stretch

Zooming in on the hypocotyl cells, the researchers observed that the cell wall of cells of endoreplication deficient plants was much stiffer than that of normal plants. This made the stretching of the cells at the outside of the hook more difficult. This, it turned out, was due to the guard of the cell wall: THESEUS. THESEUS keeps an eye on stiffness of the cell wall, to prevent damage, allowing only supple cell walls to stretch. But absence of THESEUS allows stiff endoreplication deficient plants to stretch out just as easy as plants that could do endoreplication.

Indicating that endoreplication is influencing cell size through regulating the stiffness of the cell wall. Allowing the cell to stretch itself unchecked by THESEUS. This can work two ways. Through promoting endoreplication, a plant can make sure its cells can stretch themselves. But when the plant puts a brake on endoreplication, then it gets smaller, sturdier cells.

Literature

Yuan Ma, Kristoffer Jonsson, Bibek Aryal, Lieven De Veylder, Olivier Hamant, Rishikesh P. Bhalerao (2022) Endoreplication mediates cell size control via mechanochemical signaling from cell wall. Sci. Adv., 8 (49), eabq2047 DOI: 10.1126/sciadv.abq2047

Alleen soepele cellen mogen zich uitstrekken

Alleen soepele cellen mogen zich uitstrekken

Groei, het kan door meer cellen te maken. Doormiddel van het uitstrekken van cellen. Er is ook iets dat hier een beetje tussen in zit. Wat het mogelijk maakt dat de cellen nog groter worden. Endoreplicatie: het vermenigvuldigen van het DNA zonder dat er een celdeling op volgt. Je zou verwachten hoe meer kopietjes van het DNA de cel heeft hoe groter deze is. Maar dat is niet helemaal waar. Een groep van onderzoekers uit Zweden, Canada, België en Frankrijk zochten uit hoe endoreplicatie de cel grote beïnvloed.

Om dit te onderzoeken bestudeerde de onderzoekers net ontkiemde zaailingen. Deze groeien razendsnel, door zich uit te strekken. Dit gebeurt aan een kant van de hypocotyl, het gedeelte van de stengel tussen de wortel en de embryonale bladeren, sneller dan aan de andere kant, zodat hypocotyl buigt en een haakje vormt. Zo beschermt de zaailing z’n groeikern totdat deze boven de grond uit steekt.

In de cellen aan buitenkant van het haakje zagen de onderzoekers meer DNA dan in de cellen aan de binnenkant van het haakje. Maar in planten waar geen endoreplicatie plaats vond, was dit niet het geval. Zodat de hypocotyl minder diep buigt, en sneller omhoogkomt uit z’n buiging.

Alleen soepele celwanden hebben toestemming om uit te rekken

Inzoomend op de cellen van de hypocotyl ontdekte de onderzoekers dat de celwand van cellen van endoreplicatie loze planten veel stijver is dan normale planten. Dit maakte het uitstrekken van de cellen aan de buitenkant moeilijker. Dit, zo bleek, kwam door de bewaker van de celwand: THESEUS. Om schade te voorkomen houdt THESEUS de celwand in de gaten, en geeft alleen soepele celwanden toestemming om uit te rekken. Maar afwezigheid van THESEUS maakt het mogelijk voor stijve endoreplicatie loze planten om zich net zo makkelijk uit te strekken als planten met endoreplicatie.

Endoreplicatie beïnvloed dus de grote van de cel door ervoor te zorgen dat de celwand minder stijf is. Dan kan de cel zich ongestoord, zonder tussenkomst van THESEUS, uitstrekken. Dit kan natuurlijk twee kanten op werken. Door endoreplicatie te bevorderen zorgt de plant ervoor dat z’n cellen zich kunnen uitstrekken. Houd de plant endoreplicatie tegen dan krijgt het kleinere, stevigere cellen.

Literatuur

Yuan Ma, Kristoffer Jonsson, Bibek Aryal, Lieven De Veylder, Olivier Hamant, Rishikesh P. Bhalerao (2022) Endoreplication mediates cell size control via mechanochemical signaling from cell wall. Sci. Adv., 8 (49), eabq2047 DOI: 10.1126/sciadv.abq2047

Birth of a gene

Birth of a gene

A gene, one that does something new, that has a different expression, often emerges from an old, already existing gene. Through duplication, through the shuffling of domains, through mutations. But not out of nothing. That what is often the believed. May be a mystery how genes emerged in the first place, but that is not relevant now a days. Or maybe it is. A group of researchers from Mexico and the Netherlands observed the birth of a new gene, that emerged without the duplication or domain shuffling often observed.

It started with the identification of a tale cress mutant called TWISTED. The siliques from TWISTED have a strong righthanded turn. Not only the siliques, everything shows a righthanded turn.

A completely new gene

In finding the gene responsible for this twisted phenotype, the researchers stumbled on a small region of the genome. A 334 nucleotide long piece of DNA that appeared to code for a protein. Closer observation showed that this piece of DNA indeed encodes a protein. And one that the mutation gave a higher expression. It had more TWISTED proteins.

But this mini-gene did not show any comparisons with other genes in Arabidopsis, or any other organisms in general. Only a handful of other plants from the tale cress family had a copy of it. A completely new gene. Only a couple of million years old.

Literature

Nayelli Marsch-Martínez, J. Irepan Reyes-Olalde, Antonio Chalfun-Junior, Marian Bemer, Yolanda Durán-Medina, Juan Carlos Ochoa-Sánchez, Herenia Guerrero-Largo, Humberto Herrera-Ubaldo, Jurriaan Mes, Alejandra Chacón, Rocio Escobar-Guzmán, Andy Pereira, Luis Herrera-Estrella, Gerco C. Angenent, Luis Delaye, and Stefan de Folter. 2022 Twisting development, the birth of a potential new gene. iScience 25, 105627 https://doi.org/10.1016/j.isci.2022.105627

De geboorte van een gen

De geboorte van een gen

Een gen, dat iets nieuws doet of ergens anders tot expressie komt, komt vaak voort uit een oud, bestaand gen. Door duplicatie, door het husselen van domeinen, door mutaties. Maar niet uit het niets. Dat is veel al de gedachte. Hoe genen dan in de eerste plaats tot stand kwamen is dan wel een raadsel, maar niet relevant voor vandaag de dag. Of misschien toch wel. Een groep van onderzoekers uit Mexico en Nederland observeerde de geboorte van een nieuw gen, zonder dat er duplicatie of domein hussel plaats vond.

Het begon met de identificatie van een zandraket mutant genaamd TWISTED. De siliques, de zaadhuizen, van TWISTED zijn sterk rechts omkeer gedraaid. Maar niet alleen de zaadhuizen, alles vertoont een rechtsdraaiende draai.

Een compleet nieuw gen

Bij het uitzoeken van welk gen verantwoordelijk was voor het gedraaide uiterlijk van TWISTED kwamen de onderzoekers uit bij een kleine regio in het genoom. Een 334 nucleotide lang stuk DNA dat voor een peptide zou coderen. Bij nader studie bleek dit stuk DNA inderdaad een eiwit te coderen. Ook bleek door de mutatie dit gen een hogere expressie te hebben. Er kwamen meer TWISTED-eiwitten.

Maar dit mini-gen vertoonde geen gelijkenis met andere genen van Arabidopsis, de zandraket, of van andere organismen in het algemeen. Alleen in een handvol andere planten van de zandraket familie kwam het gen voor. Een compleet nieuw gen dus. Pas een paar miljoen jaar oud

Literatuur

Nayelli Marsch-Martínez, J. Irepan Reyes-Olalde, Antonio Chalfun-Junior, Marian Bemer, Yolanda Durán-Medina, Juan Carlos Ochoa-Sánchez, Herenia Guerrero-Largo, Humberto Herrera-Ubaldo, Jurriaan Mes, Alejandra Chacón, Rocio Escobar-Guzmán, Andy Pereira, Luis Herrera-Estrella, Gerco C. Angenent, Luis Delaye, and Stefan de Folter. 2022 Twisting development, the birth of a potential new gene. iScience 25, 105627 https://doi.org/10.1016/j.isci.2022.105627