Light on: Go

Light on: Go

Water is an essential part of photosynthesis, the reaction that makes energy for plants. To get the water to the reaction, veins are essential. These pipelines transport the water form the roots to the light. As the water needs to get to the light, light influences the placement of these veins. Consequently, in a just germinated, still underground seedling doesn’t have fully formed veins. Only when it sticks its head above the ground will the veins develop. Long was unclear how light is giving the go ahead for this.

Preparations for future veins are made when seedlings are still in the dark. But those vein precursors have to wait to go ahead. In the dark the TDIF-PXY/TDR complex stops them. When the seedling reaches the light, the TDIF-PXY/TDR complex disappear like snow in spring. Researchers for the United Kingdom found out how light chases away the TDIF-PXY/TDR complex.

Light turns off the PIF gen-on switch, so turning off the TDIF-gene as well

For this the researchers analysed which genes respond to light. It turned out that light turns off the gene for PXY as well as TDIF. The question still remained how light turns those genes off, which gene-on/off switch did it use. To get the answer the researchers used a gene-on switch predictor program to predict the gene-on switch for the light responding genes. In the list of predictions, the researchers found light reacting gene-on switchers, the PIFs. Checking if the PIFs are indeed the looked-for gene-on switches, the researchers analysed plants without any PIFs. There they found little PDIF. The PIFs are thus needed to turn-on the PDIF gene.

To let the TDIF-PXY/TDR complex disappear, light turns off the PIF gen-on switch. So turning off the TDIF-gene as well. And without TDIF no TDIF-PXY/TDR complex. Now the vein precursors can get going, laying the pipeline for the water to get to the light.

Literature

Shraboni Ghosh, Joseph F. Nelson, Geoffrey M.C. Cobb, J. Peter Etchells, and Miguel de Lucas (2022) Light regulates xylem cell differentiation via PIF in Arabidopsis Cell Reports 40, 111075 https://doi.org/10.1016/j.celrep.2022.111075

Licht aan: Gaan

Licht aan: Gaan

Water is een essentieel voor fotosynthese, de reactie die planten energie geeft. Om het water daar waar de reactie plaatsvindt te krijgen zijn vaatbundels, essentieel. Deze pijpleidingen transporteren het water van de wortels naar het licht. Licht beïnvloed dan ook waar de vaatbundels komen. Onder de grond in het donker in een net ontkiemde zaailing zijn de vaatbundels dan ook nog niet aanwezig. Pas als deze z’n kop boven de grond uit steekt worden de vaatbundels aangelegd. Hoe licht het startsein hiervoor geeft was lang onduidelijk.

In een zaailing in het donker zijn de voorbereidingen voor toekomstige vaatbundels al getroffen. Deze vaatbundel voorlopers wachten tot ze verder mogen gaan. In het donker houdt het TDIF-PXY/TDR complex ze tegen. Komt de zaailing in het licht dan verdwijnt het TDIF-PXY/TDR complex als sneeuw voor de zon. Onderzoekers uit het Verenigd Koninkrijk hebben uitgezocht hoe licht het TDIF-PXY/TDR complex laat verdwijnen.

Licht zet de PIF gen-aanzetters uit, en zo gaat ook het TDIF-gen uit

Hiervoor analyseerde de onderzoekers welke genen op licht reageerde. Het bleek dat licht het gen voor zowel PXY als PDIF uitzet. De vraag was nog steeds, welke gen-aanzetters licht gebruikt. Om dit te achterhalen gebruikte de onderzoekers een gen-aanzetters voorspellingsprogramma om de gen-aanzetters te voorspellen voor de op light reagerende genen. Tussen de voorspellingen zaten op licht reagerende gen-aanzetters, PIFs. Als bevestiging dat de PIFs de gezochte gen-aanzetters waren analyseerde de onderzoekers planten zonder PIFs.  Ze vonden hierin maar weinig PDIF. PIFs zijn dus nodig om het PDIF-gen aan te zetten.

Om het TDIF-PXY/TDR complex te laten verdwijnen, zet licht de PIF gen-aanzetters uit. Hierdoor gaat ook het TDIF-gen uit. En zonder TDIF geen TDIF-PXY/TDR complex. Nu kunnen de vaatbundel voorlopers verder met de pijpleiding aanleggen om water naar het licht te brengen.

Literatuur

Shraboni Ghosh, Joseph F. Nelson, Geoffrey M.C. Cobb, J. Peter Etchells, and Miguel de Lucas (2022) Light regulates xylem cell differentiation via PIF in Arabidopsis Cell Reports 40, 111075 https://doi.org/10.1016/j.celrep.2022.111075

Compact soil protocol

Compact soil protocol

For good rooting a not to close packed soil is a must for plants. When the ground is to compact it costs the roots more effort to find a way through. In agriculture, this is increasingly a problem. Here, intensive use of the ground results in compact soils. More difficult to access for the plant. Resulting in a lower yield. Long was thought that this was just a consequence of more resistance. But it turns out, this is not the whole story.

To find out the compactness of the soil a plant uses the volatile hormone ethylene. The roots release ethylene. Ethylene, as a gas, evaporates through all possible holes, trying to find a way up. Is this impossible, because there are hardly any holes, then ethylene stays near the roots. Then, it is noticed by the ethylene receptor, turning on the compact soil protocol.

Long it was unclear how exactly the compact soil protocol works. Only its output, a slower root growth and thicker roots, was known. Now British researchers uncovered in rice how the compact soil protocol works. The researchers observed higher amounts of the plant hormone ABA, in roots growing in compact soil. This, noticed the researchers, was the cause for the swollen roots. Unexpectedly, the thinner roots of a mutant that does not make any ABA were growing with ease through compact soils.

Through slowing down growth and increasing root thickness, the compact soil protocol makes it difficult to grow through compact ground

Another well known plant hormone to influence root growth is auxin. Ethylene, it turned out, was also influencing this hormone. Roots growing in compact soils had more auxin, but not those of a mutant without ethylene production. In compact soil increases ethylene the production of auxin.

One of auxin jobs is preventing cells stretching out too soon. Nearby the root growth region, auxin levels are high, but the further away the cell gets, the lower the auxin levels. Eventually, when far enough from the growth region, auxin levels are low enough that the cell is permitted to stretch. Ethylene, through promoting auxin production, is preventing cells from stretching out for even longer. So, slowing down the growth. Just like mutants without ABA, mutants that don’t make any auxin are growing more easily through compact soil.

The compact soil protocol is actively causing slower root growth. Through slowing down growth and increasing root thickness. In mutants were this didn’t occur the resistance of compacter soil was not enough to slow down the growth. Begs the question: Do we still need a compact soil protocol? Or could we start with breeding crops that cleave through the ground with ease?

Literature

Guoqiang Huang, Azad Kilic, Michal Karady, Jiao Zhang, Poonam Mehra, Xiaoyun Song, Craig J. Sturrock, Wanwan Zhu, Hua Qin, Sjon Hartman, Hannah M. Schneider, Rahul Bhosale, Ian C. Dodd, Robert E. Sharp, Rongfeng Huang, Sacha J. Mooney, Wanqi Liang, Malcolm J. Bennett, Dabing Zhang, Bipin K. Pandey (2022) Ethylene inhibits rice root elongation in compacted soil via ABA- and auxin-mediated mechanisms. PNAS, 119 (30) e2201072119, https://doi.org/10.1073/pnas.2201072119

Compacte aarde protocol

Compacte aarde protocol

Om goed te kunnen aarden is een niet te dicht opeengepakte aarde een must voor planten. Is de grond te compact dan hebben wortels meer moeite om een weg er doorheen te vinden. In toe nemende mate is dit een probleem in de landbouw. Waar intensief gebruik van de grond de aarde samenpakt. Moeilijker toegankelijker voor de plant. Met een lagere opbrengst als gevolg. Lang dacht men dat het moeilijker doorgronden van compacte grond een gevolg was van te veel weerstand. Maar dit is niet het hele verhaal.

Om na te gaan hoe opeengepakt de aarde is gebruikt de plant het vluchtige hormoon ethyleen. De wortels stoten ethyleen uit. Dat, omdat het een gas is, al snel vervliegt via alle mogelijke gaatjes, een weg banend naar boven. Lukt dit niet, omdat er nauwelijks gaatjes zijn in de opeengepakte aarde, dan blijft ethyleen dicht bij de wortels. Dan pikt de ethyleen receptor dit op en zet het protocol compacte aarde in werking.

Hoe het compacte aarde protocol precies werkt was lang onduidelijk. Alleen de uitkomst, langzamere wortelgroei en dikkere wortels, was bekend. Britse onderzoekers hebben nu ontrafeld hoe het compacte aarde protocol werkt in rijst. In wortels groeiend in opeengepakte aarde maten de onderzoekers een hogere hoeveelheid van het hormoon ABA. Dit zo zagen de onderzoekers zorgde voor opgezwollen wortels. Verassend genoeg bleken de dunne wortels van mutanten die geen ABA maakte makkelijkere door compacte grond te groeien.

Door de groei af te remmen, en de wortels te verdikken maakt het compacte aarde protocol het doorgronden van compacte grond moeilijker

Een ander bekend hormoon dat wortelgroei beïnvloed is auxine. Ook op dit hormoon bleek ethyleen invloed te hebben. In wortels groeiend in opeengepakte aarde bleken meer auxine te zijn. Maar niet in die van een mutant die geen ethyleen maakt. In compacte aarde verhoogd ethyleen de productie van auxine.

Een van de taken van auxine is het tegenhouden van het uitstrekken van wortelcellen. Dicht bij de groeikern is de auxine concentratie hoog, maar hoe verder van de groeikern hoe lager de auxine concentratie. Auxine houdt het uitstrekken tegen. Pas wanneer de cellen vergenoeg van de groeikern zijn, en de auxine concentratie heel laag is lukt dit niet meer. Ethyleen, door meer auxine te laten produceren houdt uitstrekken van de cellen langer tegen. Het vertraagt de groei. Net als de ABA-mutanten bleken ook mutanten die geen auxine kunnen produceren bleken makkelijker door compacte grond te groeien.

Het compacte aarde protocol zorgt er dus actief voor dat de wortels langzamer groeien. Door de groei af te remmen, en de wortels te verdikken. Dit maakt het doorgronde van compacte aarde moeilijker. In mutanten waarin dit niet gebeurde was de weerstand van opeengepakte aarde niet genoeg om de groei af te remmen. Is het compacte aarde protocol dan wel nodig? Of kunnen we beginnen met het kweken van gewassen die de aarde makkelijker doorgronden? Dat is nu de vraag.

Literatuur

Guoqiang Huang, Azad Kilic, Michal Karady, Jiao Zhang, Poonam Mehra, Xiaoyun Song, Craig J. Sturrock, Wanwan Zhu, Hua Qin, Sjon Hartman, Hannah M. Schneider, Rahul Bhosale, Ian C. Dodd, Robert E. Sharp, Rongfeng Huang, Sacha J. Mooney, Wanqi Liang, Malcolm J. Bennett, Dabing Zhang, Bipin K. Pandey (2022) Ethylene inhibits rice root elongation in compacted soil via ABA- and auxin-mediated mechanisms. PNAS, 119 (30) e2201072119, https://doi.org/10.1073/pnas.2201072119