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

Don’t touch me

Don’t touch me

Plants are most often not recognised for their speed. Their reaction is often hardly visible with the naked eye, to see them moving you really need some patience. But as always there are some exceptions. Those that react quickly. To catch insects. Or to scare them away. They do that without a central nervous system or muscles, required for a fast reaction from animals. And they still manage it. Now Japanese researchers lift a tip of the curtain to reveal how this is possible.

One of those quick plants is the plant touch-me-not. It does not like to be touched. When you dare to touch it anyway, then it closes its leaf. When a grasshopper takes a bite for a leaf, then it closes super-fast. So quick that the leg of the insects gets caught between the blades of the leaf. All the other leaves of the plant follow, and close. Not really a relaxed place to have something to eat.

The researchers studied what happens inside the leaf after touching or wounding. They did this using a sensor to visualize the calcium concentration inside the cell. After touching, the researchers noticed a light of the sensor quickly traveling along the midvein of the leaf. From where the leaf was touched towards the stem of the plant. Whereafter the leaf closed.

Calcium signals are essential to be able to react quickly

When the researchers wounded the leaf, by cutting it with some scissors, then the sensor lights up near the wounding site, and the leaf closes here. After a short break the researchers noticed the light quickly travelling further alongside the midvein of the leaf, and the closing of the rest of the leaf. A wound is thus giving two calcium signals, while touch results in only one. Allowing the plant to decide if it needs to close all its leaves or only one.

Knowing now the kind of messenger the plant releases after touch or wounding, they decide to block these to see what would happen. Touch-me-not plants that could not transmit any signals did not close their leaves after touching of wounding. In real life, the researchers observed, this meant that the plants were visited more often by insects. There they could with all the time of the world eat from touch-me-not its leaves.

Showing that these signals are essential to be able to react quickly. But how the calcium signal causes the closing of the leaves is still unknown. That secret touch-me-not is keeping for itself for the moment.

Literature

Hagihara, T., Mano, H., Miura, T., Hasebe, M., and Toyota, M. (2022) Calcium-mediated rapid movements defend against herbivorous insects in Mimosa pudica. Nat Commun 13, 6412. https://doi.org/10.1038/s41467-022-34106-x

You can see the calcium signal traveling alongside the midriff of the leaf in videos accompanying the article. For when it is touched and for when it is wounded.

Raak me niet aan

Raak me niet aan

Planten staan meestal niet bekend om hun snelheid. Hun reactie is vaak nauwelijks zichtbaar met het blote oog, je moet echt geduld hebben wil je ze in actie zien. Er zijn een paar uitzonderingen. Die reageren snel. Om insecten te vangen. Of om ze juist weg te jagen. Dat doen ze zonder zenuwstelsel, en zonder spieren, noodzakelijk voor snelle reactie bij dieren. En toch lukt het. Nu lichten Japanse onderzoekers een tipje van de sluier hoe dit mogelijk is.

Een van de snelle planten is het plantje roer-me-niet. Hij houdt er niet van om aangeraakt te worden. Waag je het toch, dan klap het blad dicht. Neemt een sprinkhaan een hapje van een blad, dan sluit deze vliegensvlug. Zo snel dat de poot van het insect tussen de bladeren komt te zitten. Ook alle andere bladeren van de planten sluiten snel hun blad. Niet echt een rustig plekje om te eten.

De onderzoekers bestudeerde wat er in het blad gebeurt na aanraking of verwonding. Dit deden ze met hulp van een sensor om de calcium concentratie in de cel zichtbaar te maken. Bij aanraking zagen de onderzoekers het licht van de sensor zich snel verplaatsen over het middenrif van het blad. Van waar het was aangeraakt richting de stengel. Waarna het blad zich sloot.

Calcium signaaltjes zijn essentieel on snel te kunnen reageren

Verwonden de onderzoekers het blad, door er met een schaar in te knippen, dan lichte de sensor op bij de wond en sloot het blad zich hier. Na een korte pauze zagen de onderzoekers in rap tempo achter elkaar de sensor oplichten over de rest van het middenrif van het blad. Waarna de rest van het blad dichtklapte. Een wond geeft dus twee signaaltjes van calcium af, terwijl bij aanraking er maar eentje is. Dit staat de plant in staat om te beslissen of het al z’n bladeren moet sluiten of niet.

Nu de onderzoekers wisten welke boodschap de plant doorgeeft na aanraking of verwonding, besloten ze deze te blokkeren. Roer-me-niet plantjes die geen signaaltjes konden doorgeven sloten hun bladeren niet na aanraking of verwonding. In de praktijk, zo zagen de onderzoekers, betekende dit dat de planten meer bezoek van insecten kregen. Die in alle rust van roer-me-niet z’n bladeren aten.

Die signaaltjes, zijn dus essentieel om snel te kunnen reageren. Maar hoe het calcium signaal voor het sluiten van het blad zorgt is nog niet bekend. Dat geheimhoudt roer-me-niet nog even voor zichzelf.

Literatuur

Hagihara, T., Mano, H., Miura, T., Hasebe, M., and Toyota, M. (2022) Calcium-mediated rapid movements defend against herbivorous insects in Mimosa pudica. Nat Commun 13, 6412. https://doi.org/10.1038/s41467-022-34106-x

In de bij het artikel bijgeleverde video’s kan je het calcium signaal over het middenrif van het blad zien reizen. Voor aanraking en verwonding.