Getting it just right

Getting it just right

Plants can’t change place when their environment changes. Whether it is warm or cold, wet or dry, all a plant can do is adapt. One of the things it adapts is the size of its flowers. German researchers found out that under warm conditions the flowers are smaller than under cold conditions.

Flowers, and their size, are important for the reproduction of the plant. Larger flowers are attracting more pollinators. However, flowers also house the pollen and ovules, which are not allowed to get overheated, something easier prevented in small flowers. It is thus a balancing act to get the flower size precisely right.

To analyse the effect of the temperature, the researchers grew multiple tale cress (Arabidopsis thaliana) and its close relative sand rock-cress (Arabidopsis arenosa)  at 17 and 23 °C. The researchers noticed that the flowers of both tale cress as its close relative sand rock-cress were smaller at 23 °C than at 17 °C. Although the size difference was smaller for the pollinator dependent sand rock-cress than for the self-pollinating tale cress.

The MAF gene  on/off-switches are responsible for getting the flower size just right

In response to a higher temperature a plant of course adjusts more than just its flower size. For example, it also adjusts the size of its leaves and the time of flowering. The researchers analysed these traits together with flower size. And although all three traits show temperature response, it appears that these traits are regulated independently.

The temperature dependent flower size, the researchers found out, is regulated by a group gene on/off switches, MAF2 to MAF5. Flower size is less dependent on temperature in plants without any MAF2, MAF3 or MAF4. Those plants had already smaller flower sizes at 17 °C. No larger flowers without MAF2, 3, or 4. But, so observed the researchers, there is no difference in the amount of MAF2, 3, 4, or 5 at 17 or 23 °C. The reaction to a higher temperature is independent of a gene on/off-switch for MAF2, 3, 4, and 5.

To much heat does no good to a flower. The MAF gene on/off-switches keep an eye on the temperature and react when the heat gets to much. They are responsible for getting the flower size just right. But how exactly they do this is still unknown.

Literature

Wiszniewski, Andrew; Uberegui, Estefanía; Messer, Michaela; Sultanova, Gulmairam; Borghi, Monica; Duarte, Gustavo Turqueto; Vicente, Rubén; Sageman-Furnas, Katelyn; Fernie, Alisdair R; Nikoloski, Zoran; Laitinen, Roosa A E (2022) Temperature-mediated flower size plasticity in Arabidopsis. iScience 25, 105411 https://doi.org/10.1016/j.isci.2022.105411

Het precies goed krijgen

Het precies goed krijgen

Planten kunnen zich niet verplaatsen wanneer hun omgeving veranderd. Of het nou warm of koud is, nat of droog, de plant heeft zich maar aan te passen. Een van die aanpassingen is bloemgrote. Onder warme omstandigheden zijn de bloemen kleiner dan onder koelere temperaturen, zo ontdekte Duitse onderzoekers.

Bloemen, en hun grote, zijn van belang voor de voortplanting van de plant. Zo trekken grotere bloemen meer bestuivers aan. Maar huizen bloemen ook stuifmeel en het zaadbeginsel, die niet oververhit mogen raken, wat weer makkelijker voor elkaar te krijgen in kleinere bloemen. Een balanceer act om de grote van de bloemen precies goed te krijgen.

Om het effect van temperatuur te onderzoeken groeide de onderzoekers meerdere planten van de zandraket (Arabidopsis thaliana) en van de verwante rozetsteenkers (Arabidopsis arenosa) op 17 en 23 °C. De onderzoekers zagen dat de bloemen van zowel zandraket als van de verwante rozetsteenkers kleiner waren bij 23 °C dan bij 17 °C. Al was het verschil bij de van bestuivers afhankelijke rozetsteenkers kleiner dan bij de zichzelf bestuivende zandraket.

The MAF gen-aan/uitzetters zijn verantwoordelijk om de bloemgrote precies goed te krijgen

Natuurlijk past een plant past meer dingen aan als reactie op een hogere temperatuur dan alleen de bloemgrote. Zo past de plant onder andere ook aan de grote van de bladeren, en wanneer het gaat bloeien. De onderzoekers analyseerden deze eigenschappen samen met de bloemgrote. En alhoewel alle drie een tempratuur afhankelijke aanpassing laten zien, lijken deze aanpassingen onafhankelijk van elkaar te zijn gedaan.

De temperatuur afhankelijke bloemgrote, zo ontdekte de onderzoekers, is afhankelijk van een specifieke groep gen-aan/uitzetters, MAF2 tot MAF5. In planten zonder MAF2, MAF3 of MAF4 is de bloemgrote minder afhankelijk van de temperatuur. Ze hadden al kleinere bloemen bij 17 °C. Zonder MAF2, 3, of 4 dus geen grotere bloemen. Maar zo ontdekte de onderzoekers, de hoeveelheid MAF2, 3, 4, of 5 verschilt niet tussen 17 en 23 °C. De reactie op een hogere temperatuur is dus onafhankelijk van een gen-aan/uitzetter voor MAF2, 3, 4, 5.

Te veel hitte is niet goed voor de bloem. De MAF gen-aan/uitzetters houden de temperatuur in de gaten en grijpen in wanneer die te veel oploopt. Zij zijn verantwoordelijk om de bloemgrote precies goed te krijgen. Hoe ze dat doen dat is voor nu nog onbekend.  

Literatuur

Wiszniewski, Andrew; Uberegui, Estefanía; Messer, Michaela; Sultanova, Gulmairam; Borghi, Monica; Duarte, Gustavo Turqueto; Vicente, Rubén; Sageman-Furnas, Katelyn; Fernie, Alisdair R; Nikoloski, Zoran; Laitinen, Roosa A E (2022) Temperature-mediated flower size plasticity in Arabidopsis. iScience 25, 105411 https://doi.org/10.1016/j.isci.2022.105411

Old leaves first

Old leaves first

Sometimes it rains a lot, or there is a flooding, and before you know it a plant is submerged. Not the end of the world, as long as it doesn’t last long. But when it does, then one by one the leaves of the plant will die. Starting with the oldest. Dutch researchers figured out how a plant organises this.

Flooding manager ethylene makes sure the reaction to flooding happens as it should be. Under normal circumstances ethylene flies away. Except when the plant is submerged, then it can’t get away, and it must do its job: The turning on gene-on switches, like EIN3. EIN3 in its turn makes sure that the correct action to flooding is initiated. One of which is to initiate the death of the older leaves so the plant can use the energy stored in those.

The researchers analysed how the plant manages to sacrifice its older leaves first. Plants that did not have any EIN3 did not had a preference to sacrifice its older leaves first. But the normal preference to sacrifice its older leaves first, it turned out, was not due to the amount of EIN3 in the leaves. The amount of EIN3 increased due to flooding in both young and old leaves.

ORE is only activated in old leaves

EIN3 is not by itself making the distinction between old and young leaves. But one of the genes that EIN£ is turning on, the initiator of leaf death, ORE1, is. Plants without any ORE1 did not have a preference for which leaf dies first. Just as for EIN3, ORE1 also increased in both young and old leaves after submergence. But only in old leaves ORE1 was also activated after submergence. ORE1 could only do its job in old leaves.

Using a plant that makes more ORE1, the researchers studied how ORE1 was activated. Placing these plants in a dark room filled with ethylene the researchers observed ORE1 being turned on. But only when ethylene was present.

Flooding manager ethylene is regulating both the production as activation of the leaf death regulator ORE1. This activation happens quicker in old than in young leaves. But how ethylene is activating OER1, and what is causing that this occurs quicker in old leaves, is something the researchers have not discovered yet.

Literature

Tom Rankenberg, Hans van Veen, Mastoureh Sedaghatmehr, Che-Yang Liao, Muthanna Biddanda Devaiah, Salma Balazadeh, Rashmi Sasidharan (2022) Ethylene-mediated phosphorylation of ORESARA1 induces sequential leaf death during flooding in Arabidopsis. bioRxiv 2022.11.23.517613; doi: https://doi.org/10.1101/2022.11.23.517613  

Oude bladeren eerst

Oude bladeren eerst

Soms regent het veel, of is er een overstroming en voor je het weet staat een plant onderwater. Op zich niet zo heel erg, als het maar niet te lang duurt. Duurt het wel lang, dan sterven een voor een de bladeren van de plant. Beginnend bij de oudste. Utrechtse onderzoekers zochten uit hoe een plant dit regelt.

Het in goede banen leiden van de reactie op een overstroming is in handen van overstromingsmanager ethyleen. Normaal gesproken knijpt ethyleen er tussen uit. Maar wanneer die is ondergedompeld lukt ethyleen het niet om weg te komen. Dan moet ethyleen z’n werk doen: Het aanzetten van gen-aanzetters zoals EIN3. EIN3 op zijn beurt zorgt er dan weer voor dat de juiste reactie op de overstroming op gang komt. Een daarvan is het laten afsterven van oude bladeren om daar energie uit te halen.

Utrechtse onderzoekers zochten uit hoe de plant ervoor zorgt dat het de oude bladeren als eerst opoffert. Planten zonder EIN3, zo zagen de onderzoekers, hebben geen voorkeur voor welk blad ze als eerste opofferen. Maar de normale voorkeur om oude bladen als eerste op te offeren lag niet aan de hoeveelheid EIN3 in het blad. Die ging in zowel jonge als oude bladeren omhoog na onderdompeling.

ORE1 alleen geactveerd in oude bladeren

EIN3 maakt zelf dus niet het onderscheid tussen jongen en oude bladeren. Maar een van de genen die EIN3 aanzet is aanzetter van de afstervingsprocedure, ORE1, wel. Is ORE1 afwezig dan had de plant na onderdompeling ook geen voorkeur voor afsterving van jonge of oude bladeren. Ook voor ORE1 zagen de onderzoekers dat de hoeveelheid toenam naar onderdompeling in zowel jonge als oude bladeren. Maar alleen in oude bladeren bleek ORE1 ook te zijn geactiveerd. ORE1 kon dus alleen z’n werk doen in de oude bladeren.

Vervolgens onderzochten de onderzoekers hoe de plant ORE1 activeert. Dit deden ze met een plant die meer ORE1 maakt. Plaatsen ze deze plant in een donkere ruimte gevuld met ethyleen, dan activeert de plant ORE1. Maar alleen wanneer ethyleen aanwezig was.

Overstromingsmanager ethyleen zorgt er dus voor zowel de productie van de regulator de afstervingsprocedure, ORE1, als het activeren van ORE1. Dit laatste gaan in oude bladeren sneller dan in jonge. Maar hoe ethyleen ORE1 activeert, en wat ervoor zorgt dat dit in oude bladeren sneller gaat hebben de onderzoekers nog niet ontdekt.  

Literatuur

Tom Rankenberg, Hans van Veen, Mastoureh Sedaghatmehr, Che-Yang Liao, Muthanna Biddanda Devaiah, Salma Balazadeh, Rashmi Sasidharan (2022) Ethylene-mediated phosphorylation of ORESARA1 induces sequential leaf death during flooding in Arabidopsis. bioRxiv 2022.11.23.517613; doi: https://doi.org/10.1101/2022.11.23.517613