Manipulative intruders

Manipulative intruders

Pathogens are shrewd operators while entering a plant and stealing its nutrients. They use proteins that manipulate the plant, preventing it from noticing the intruders. Most of them work hard to repress the plant’s immune response. So that it cannot raise the alarm. But this turned out not to be true for the manipulative protein Six5 of the fungus Fusarium oxysporum.

Fusarium oxysporum is the cause of vascular wilt disease. The fungus is entering the plant through its roots, and finally nestles itself in the transport system of the plant. To get there, the fungus manipulative proteins are essential. Mostly these manipulators work alone, but Avr2 and Six5 are forming a pair. Dutch and British researchers studied what mischief they were up to.

Of Avr2 it is known that it is suppressing the plant’s immune system. To find out if Six5 is doing this as well, the researchers created plants that make six5 themselves. Subsequently the researchers analysed how these plants deal with infections. In contrast to plants that make themselves Avr2, plants that make Six5 mostly do not react differently to infections than plants without Six5. Except when Avr2 is brought in through the pathogen, then, so noticed the researchers, the infection starts of quicker. Six5 by itself is not suppressing the immune system. But what is doing?

Six5 helps other fungal manipulators to spread faster

To efficiently suppress the immune system of the plant it is useful for the fungal manipulators to move quickly from cell to cell. Plant cells have for their own communication small connections between cells, plasmodesmata. Through these throughfares molecules and small proteins can travel. For the manipulators the ideal way to spread.

The researchers studied if Six5 and Avr2 could influence the size of these throughfares. For this they infected leaves with Six5, Avr2 and fluorescent proteins. Only when the throughfare of the plasmodesmata are big enough can the fluorescent proteins travel to neighbouring cells. The researchers noticed that without Six5 and Avr2 the fluorescent proteins did not travel outside their cell, but with Six5 and Avr2 present they did. Six5 and Avr2 increased the throughfare between the cells. Making it easier for manipulative fungal proteins to travel from cell to cell.

Manipulator Six5 is playing a crucial role during the Fusarium oxysporum infection. It helps other fungal manipulators to spread faster. So, the fungus can nestle itself inside the plants transport system before the plants immune system notices that there is an unwelcome visitor.

Literature

Blekemolen MC, Cao L, Tintor N, de Groot T, Papp D, Faulkner C and Takken FLW (2022) The primary function of Six5 of Fusarium oxysporum is to facilitate Avr2 activity by together manipulating the size exclusion limit of plasmodesmata. Front. Plant Sci. 13:910594. doi: 10.3389/fpls.2022.910594

Manipulatieve binnendringers

Manipulatieve binnendringers

Ziektemakers gaan gehaaid te werk om een plant binnen te dringen en z’n voedingstoffen te stelen. Ze zetten eiwitten in die de plant manipuleren, zo voorkomen ze dat de plant in de gaten heeft dat er binnendringers zijn. De meeste onderdrukken het immuunsysteem van de plant. Die kan dan geen alarm slaan. Maar voor manipulatie eiwit Six5 van de schimmel Fusarium oxysporum bleek dit niet te gelden.

Fusarium oxysporum is de veroorzaker van de verwelkingsziekte. De schimmel komt de plant via de wortels binnen om zich vervolgens in het transportsysteem van de plant te nestelen. Om dit voor elkaar te krijgen zijn de manipulatie eiwitten van de schimmel essentieel. Meestal werken deze manipulators alleen, maar Avr2 en Six5 vormen een paar. Nederlandse en Britse onderzoekers onderzochten wat ze in de plant uitspookte.

Van Avr2 was al bekend dat dit eiwit het immuunsysteem voor de plant onderdrukt. Om te kijken of Six5 dit ook doet, maakte de onderzoekers planten die zelf Six5 maken. Vervolgens keken de onderzoekers hoe deze planten met infecties omgingen. In tegenstelling tot planten die zelf Avr2 maken, reageerde planten met Six5 meestal niet anders op infecties dan planten zonder Six5. Behalve als de ziektemaker Avr2 met zich meebracht, dan, zo zagen de onderzoekers, ging de infectie sneller van start. Six5 onderdrukt dus zelf niet het immuunsysteem. Maar wat doet het dan wel?

Six5 helpt de andere schimmel manipulatoren zich sneller te verspreiden

Om het immuunsysteem van de plant goed te onderdrukken is het handig voor de manipulators om snel van cel naar cel te reizen. Plantencellen hebben voor hun eigen communicatie kleine verbindingen tussen cellen, plasmodesmata. Door deze openingen kunnen moleculen en kleine eiwitten. Voor manipulators de ideale manier om zich te verspreiden.

De onderzoekers bestudeerde of Six5 en Avr2 de grote van deze openingen beïnvloede. Hiervoor infecteerde ze balderen met Six5, Avr2 en fluorescerende eiwitten. Alleen wanneer de opening groot genoeg is kunnen de fluorescerende eiwitten naar buurcellen reizen. De onderzoekers zagen dat zonder Six5 en Avr2 de fluorescerende eiwitten in hun eigen cel bleven, maar met Six5 en AvR2 zaten ze ook bij de buren. Six5 en Avr2 beïnvloede de grote van de opening. Manipulatieve schimmel eiwitten kunnen zo makkelijker van cel naar cel verspreiden.

Manipulator Six5 speelt hierdoor een cruciale rol in de Fusarium oxysporum infectie. Het helpt de andere schimmel manipulatoren zich sneller te verspreiden. Hierdoor kan de schimmel zich in het transportsysteem van de plant nestelen voordat het immuunsysteem door heeft dat er een ongenode gast is.

Literatuur

Blekemolen MC, Cao L, Tintor N, de Groot T, Papp D, Faulkner C and Takken FLW (2022) The primary function of Six5 of Fusarium oxysporum is to facilitate Avr2 activity by together manipulating the size exclusion limit of plasmodesmata. Front. Plant Sci. 13:910594. doi: 10.3389/fpls.2022.910594

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