Selecting fungi

Selecting fungi

We all carry our own micro-organisms with us, plants also. The communities that these micro-organisms form contribute to keeping the plant healthy. For example, micro-organisms can collaborate with a plant, exchanging nutrients for sugars, helping the plant grow. Or micro-organisms can produce substances that make the plant less attractive for herbivores. And they might be able to keep harmful micro-organisms under control. Important these micro-organisms. But how do you get them?

American researchers found this out for the fungi on leaves of switchgrass, a large grass species. The researchers grew different switchgrass variants at different locations and identified the fungi growing on the leaves. They found that the fungi growing in and on young plants depends as well on the variant as on the place where it is growing. But with the aging of the plant the types of fungi depended more and more on the switchgrass variant.

It gives them a chance to create the ideal micro-organism community

The researchers dived into switchgrass genetics to find out how switchgrass decides which fungi to keep. One region in the switchgrass DNA caught their attention. Variation in this region appeared to be correlated to the fungi the researchers found on the plant. Zooming in, they noted that the genes in this region are those for recognising pathogens. Furthermore, these genes were turned on in variants that were more vulnerable for pathogens. While in plants that don’t get ill, these genes were turned off. Although it is not clear how, it appears that this region not only had an influence on the fungi that could be found on the leaves but also on how vulnerable the plant was for those fungi.

While plants are dependent on where they grow for the micro-organisms they start out with. They are not for those they end their lives with, that they decide. It gives them a chance to create the ideal micro-organism community. Although it might not work every time. Plants stay dependent on what is available.

Literature.

Acer VanWallendael, Gian Maria Niccolo Benucci, Pedro Beschoren da Costa, Linnea Fraser, Avinash Sreedasyam, Felix Fritschi, Thomas E. Juenger, John T. Lovell, Gregory Bonito, David B. Lowry (2022) Host genotype controls ecological change in the leaf fungal microbiome. PLOS Biology 20(8): e3001681. https://doi.org/10.1371/journal.pbio.3001681

Schimmels selecteren

Schimmels selecteren

Allemaal dragen we onze eigen micro-organismes met ons mee, ook planten. De gemeenschappen die deze micro-organisme in en om de plant vormen helpen de plant gezond te blijven. Micro-organisme kunnen bijvoorbeeld een samenwerkingsverband met de plant aangaan, in ruil voor suikers leveren ze voedingstoffen, helpen hiermee de plant te groeien. Daarnaast kunnen micro-organisme stoffen aan maken waardoor de plant minder aantrekkelijk is voor grazers. En ze kunnen ziekteverwekkers onder controle houden. Belangrijk die micro-organismes. Maar hoe kom je eraan?

Amerikaanse onderzoekers zochten dit uit voor schimmels op de bladeren van switchgrass, een grote grassoort. De onderzoekers groeide meerdere switchgrass rassen op verschillende plekken, en identificeerden de schimmels die op en in de bladeren groeide. Zo ontdekte ze dat, voor jonge planten zowel het ras als de plek waar de planten groeien van invloed is op de schimmels die ze bij zich dragen. Maar naarmate de planten ouder worden hangt dit steeds meer af van het switchgrass ras.

Het stelt ze in staat een ideale micro-organisme gemeenschap samen te stellen

Om uit te zoeken hoe switchgrass bepaalt welke schimmels ze willen houden, doken de onderzoekers in de switchgrass genetica. Een regio in het DNA van switchgrass viel op. Variatie in deze regio leek gecorreleerd aan de verschillen in schimmels die de onderzoekers op de planten aantroffen. Inzoomend op de genen in deze regio, zagen de onderzoekers dat dit genen waren voor het herkennen van ziektemakers. Verder bleek dat deze genen aanstaan in planten die gevoelig zijn voor schadelijke schimmels. Terwijl in planten die niet ziek worden van deze schimmels deze genen uit staan. Al hoewel het nog niet duidelijk is hoe, lijkt het erop dat deze DNA-regio niet alleen een rol heeft in het bepalen van of de plant gevoelig is voor schadelijke schimmels, maar ook invloed heeft op welke schimmels er op het blad zijn.

Al zijn planten voor de micro-organismes waarmee ze beginnen afhankelijk van waar groeien. Waarmee ze eindigen niet, dat beslissen ze zelf. Het stelt ze in staat een ideale micro-organisme gemeenschap samen te stellen. Al gaat het ook wel eens mis. Planten blijven tenslotte afhankelijk van wat er voorhanden is.

Literatuur

Acer VanWallendael, Gian Maria Niccolo Benucci, Pedro Beschoren da Costa, Linnea Fraser, Avinash Sreedasyam, Felix Fritschi, Thomas E. Juenger, John T. Lovell, Gregory Bonito, David B. Lowry (2022) Host genotype controls ecological change in the leaf fungal microbiome. PLOS Biology 20(8): e3001681. https://doi.org/10.1371/journal.pbio.3001681

How to do both

How to do both

Sometimes there are things by which you think; how? So are there for example gen-on switches in plants that turns on a gene when there are only few of them but turn off the same gene when they are with many. Contradictory you would say. The logical expectation would be that the more gen-on switchers there are the more, let’s say the brighter, the gen is turned on. One of these contradictory gene-on switches is WUS, and researchers have long wondered how WUS is managing this.

WUS works in the growth region of the stem. And is needed to keep the cells of the growth region from specializing. Only in this way can the growth region keeps delivering new cells for leave and stem growth. To prevent WUS doing its job to enthusiastically CLV3 is reducing the amount of WUS. WUS in turn is turn works to increase the amount of CLV3. In this way they keep each other, and the growth region in balance.

The amount of CLV3 is not only dependent on the amount of WUS, but also on the CLV3-gene activation-regions

But in large amounts WUS is actually turning off the CLV3-gene. American researchers now found out how WUS does this, this stimulating as well as slowing down CLV3 production. The key was in the DNA, in the so-called activation-regions that are laying in front of the CLV3-gene. CLV3 has five of those. When WUS binds one of these activation-regions then it is turning on the CLV3-gene. Binds a second WUS to the first WUS, then it the CLV3-gene is turned off again.

WUS, the researchers noted, does not bind for long. At low concentrations, a second WUS does not get a chance to bind to the first WUS, as it has left the activation-region already. Only when there is a large amount of WUS, then a second WUS can bind to the first. Only then WUS turns off the CLV3-gene.

This was not the whole story, the researchers discovered also that more WUS is needed to turn of the CLV3-gene when the activation-regions of the CLV3-gene are laying further apart. The activation-regions were working together. Therefore, the amount of CLV3 is not only dependent on the amount of WUS, but also on the CLV3-gene activation-regions. How many there are, how far apart they lay and how long the bind WUS. They all regulate the amount CLV3 available to keep WUS under control, and in turn the size of the growth region.

Literature

Kevin Rodriguez, Albert Do, Betul Senay-Aras, Mariano Perales, Mark Alber, Weitao Chen, G. Venugopala Reddy (2022) Concentration-dependent transcriptional switching through a collective action of cis-elements. Science Advances 8, eabo6157 DOI: 10.1126/sciadv.abo6157

Hoe beide te doen

Hoe beide te doen

Soms zijn er van die dingen waarbij je denkt; maar hoe dan? Zo zijn er bijvoorbeeld in planten gen-aanzetters die een gen aanzetten als er weinig van zijn maar het gen uitzetten zodra ze met ze vele zijn. Tegenstrijdig. De logische verwachting is eigenlijk dat hoe meer gen-aanzetter hoe meer, zeg maar feller, het gen aan gaat. Een van die tegenstrijdige gen-aanzetters is WUS, en onderzoekers hebben zich al lang afgevraagd hoe WUS dat dan doet.

WUS is werkzaam in de groeikern van de stengel. En is nodig om de groeikern cellen te behoeden tegen specialisatie. Alleen zo kunnen de groeikern cellen nieuwe cellen voor blad en stengel groei blijven afleveren. Om te voorkomen dat WUS te enthousiast te werk gaat remt CLV3 de hoeveelheid WUS af. WUS op zijn beurt zorgt ervoor dat de hoeveelheid CLV3 toe neemt. Zo houden ze elkaar en de groeikern in evenwicht.

De hoeveelheid CLV3 is afhankelijk van de hoeveelheid WUS maar ook van de CLV3-gen activatie-regio’s

Maar in hoge hoeveelheden zorgt WUS ervoor dat de cel juist minder CLV3 maakt. Amerikaanse onderzoekers hebben nu uitgezocht hoe WUS dat voor elkaar krijgt, zowel stimuleren als afremmen van CLV3 productie. De sleutel lag in het DNA, bij de zogenoemde activatie-regio’s voor het CLV3-gen. CLV3 heeft er vijf. Bindt WUS een van deze activatie-regio’s, dan zet het CLV3-gen aan. Bindt er een tweede WUS de eerste, dan gaat het CLV3-gen weer uit.

Maar, zo ontdekte de onderzoekers, WUS blijft niet lang zitten. Bij lage concentraties krijgt een tweede WUS geen kans om aan een eerste WUS te binden. Alleen bij grote hoeveelheden WUS bindt een tweede WUS aan een eerste WUS. Alleen dan zet WUS het CLV3-gen uit.

Dit was niet het hele verhaal, de onderzoekers ontdekte ook dat wanneer de activatie-regio’s van het CLV3-gen verder van elkaar vandaan lagen er meer WUS nodig was om het CLV3-gen uit te zetten. De activatie-regio’s werken samen. De hoeveelheid CLV3 is afhankelijk van de hoeveelheid WUS maar ook van de CLV3-gen activatie-regio’s. Hoeveel het er zijn, hoe dichtbij elkaar ze liggen, en hoe lang ze WUS vasthouden. Allemaal bepalen ze hoeveel CLV3 er is om WUS onder controle te houden, en dus hoe groot de groeikern mag zijn.

Literatuur

Kevin Rodriguez, Albert Do, Betul Senay-Aras, Mariano Perales, Mark Alber, Weitao Chen, G. Venugopala Reddy (2022) Concentration-dependent transcriptional switching through a collective action of cis-elements. Science Advances 8, eabo6157 DOI: 10.1126/sciadv.abo6157