Resistance to witchweed

Resistance to witchweed

Weeds are unwanted. Often, easy removed by hoeing. But it is a different story when weeds are parasitising a plant. Striga is one of these parasitising weeds. It is a real pest in sub-Sahara Africa. It parasitises crops like maize, rice, and sorghum. And it gets its nickname ‘witchweed’ from the ability of its seeds to stay dormant in the soil for up to 20 years. This makes Striga difficult to deal with. But now researchers have discovered a Striga resistance maize line.

The moment strigolactone is perceived by Striga seeds, is the moment they germinate. Strigolactones are important plant hormones that play a role in the development of the plant. They are in charge of regulating shoot branching. But they are also excreted by the plant when it wants to cooperate with fungi. Something Striga uses to germinate when a plant is near.

Because strigolactones are important, a plant cannot do without. This made the researchers look to the specific strigolactones that maize plants excreted. Hoping to find some differences. Strigolactone excretion varied a little between most of the maize plants. But there was one exception, with a completely different profile. This plant excreted the strigolactones zealactol and zealactonoic acid, but not the commonly detected zealacone.

Giving hope, that Striga resistant crops can be developed

Subsequently the researchers studied the effect of the different strigolactone composition. This they did by looking to Striga germination. When zealactone was present approximately 40% of Striga seeds germinated. But in the presence of zealactol Striga germination was reduced to approximately 10%, and in the presence of zealactonoic acid even less seeds germinated.

For the breeding of Striga resistance maize lines it is useful to know the responsible genes. As such the researchers next studied the biosynthesis of strigolactones in maize. They discovered that only one gene was important for getting less zealactone. When the researchers turned this gene off the plant produced only the Striga resistant strigolacones, but not those that enable Striga to germinate. And not unimportant, the Striga resistant maize did not show any other differences with the striga sensitive maize.

Giving hope. That it is possible to adjust the biosynthesis of strigolactones without this having a disadvantaged effect in the development of the plant. That it is possible to excrete strigolactones that do not result in Striga germination. That Striga resistant crops will be developed.

Literature

C. Li, L. Dong, J. Durairaj, J.-C. Guan, M. Yoshimura, P. Quinodoz, R. Horber, K. Gaus, J. Li, Y. Setotaw, J. Qi, H. De Groote, Y. Wang, B. Thiombiano, K. Floková, A. Walmsley, T. Charnikhova, A. Chojnacka, S. Correia de Lemos, Y. Ding, D. Skibbe, K. Hermann, C. Screpanti, A. De Mesmaeker, E. Schmelz, A. Menkir, M. Medema, A. Van Dijk, J.Wu, K. Koch, and H. Bouwmeester (2021) Maize resistance to witchweed through changes in strigolactone biosynthesis. Science 379, 94-99 DOI: 10.1126/science.abq477

Resistentie tegen heksenkruid

Resistentie tegen heksenkruid

Onkruid, de naam zegt het eigenlijk al is ongewenst. Vaak is het makkelijk te verwijderen door te schoffelen. Maar als het onkruid een plant parasiteert dan wordt het een ander verhaal. Striga is zo’n parasiterend onkruid. Het is een echte plaag in sub-Sahara Afrika. Het parasiteert gewassen zoals mais, rijst en sorghum. En dank z’n bijnaam ‘heksenkruid’ aan de eigenschap dat de zaden tot wel 20 jaar kunnen wachten op het juiste moment om te ontkiemen. Dit maakt Striga zo moeilijk te bestrijden. Maar nu hebben onderzoekers een mais lijn ontdekt die Striga resistent is.

Het juiste moment voor Striga zaden om te ontkiemen is het moment dat ze strigolactonen waarnemen.  Strigolactonen zijn plant hormonen die belangrijk zijn tijdens de ontwikkeling van de plant. Ze regelen onder andere de vertakkingen van een plant. Maar ze worden ook door de plant uitgescheiden op het moment dat het een samenwerkingsverband aan wil gaan met schimmels. Iets dat Striga gebruikt om op dat moment toe te slaan.

Omdat strigolactonen belangrijk zijn voor de plant kunnen planten niet zonder. Daarom keken de onderzoekers naar de specifieke strigolactonen die verschillende mais planten uitscheiden. In de hoop een verschil te vinden. Strigolactone uitscheiding varieerde een beetje in de meeste mais planten. Er was een uitzondering, die had een totaal ander profiel. Het scheidde de strigolactonen zealactol en zealactonoic acid uit, maar niet de veel voorkomende zealactone.

Dit geeft hoop, dat er Striga resistente gewassen kunnen komen

De onderzoekers bestudeerde het effect van de veranderde strigolactone samenstelling. Dit deden ze door te kijken naar de ontkieming van Striga zaden. Bij aanwezigheid van zealactone ontkiemde ongeveer 40% van alle zaden. Maar in aanwezigheid van zealactol was dit maar ongeveer 10% en zealactonoic acid zorgde voor nog minder ontkieming.

Om resistentie in ander maislijnen te kweken is het handig om de verantwoordelijke genen te kennen. Daarom bestudeerde de onderzoekers de biosyntheses van strigolaconen in mais. Hierbij viel een gen op. Schakelde de onderzoekers dit gen uit dan produceerde de plant wel de Striga resistente strigolactonen maar niet de strigolactonen die Striga laten ontkiemen. En ook niet onbelangrijk Striga resistente mais vertoonde verder geen verschillen met de Striga gevoelige mais.

Dit geeft hoop. Dat het mogelijk is om de biosynthese van strigolactonen aan te passen zonder dat dit ontwikkeling van de plant nadelig beïnvloed. Dat het mogelijk is om strigolactonen uit te scheiden die Striga niet laten ontkiemen. Dat er Striga resistente gewassen komen.

Literatuur

C. Li, L. Dong, J. Durairaj, J.-C. Guan, M. Yoshimura, P. Quinodoz, R. Horber, K. Gaus, J. Li, Y. Setotaw, J. Qi, H. De Groote, Y. Wang, B. Thiombiano, K. Floková, A. Walmsley, T. Charnikhova, A. Chojnacka, S. Correia de Lemos, Y. Ding, D. Skibbe, K. Hermann, C. Screpanti, A. De Mesmaeker, E. Schmelz, A. Menkir, M. Medema, A. Van Dijk, J.Wu, K. Koch, and H. Bouwmeester (2021) Maize resistance to witchweed through changes in strigolactone biosynthesis. Science 379, 94-99 DOI: 10.1126/science.abq477

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