Heat and drought, what now?

Heat and drought, what now?

Both heat and drought occur more regular, and more often together. They can cause lots of trouble. Like people, plants don’t like it. They get stressed. Especially when there is both heat and drought. Heat and drought are asking for conflicting reactions. When there is just heat, a plant will cool down by evaporation, like sweating. While by drought, it will want to keep all the water inside. But, add heat, and the temperature goes up. Causing trouble. What to do?

American researchers deciphered how the plant handles this. Studying soybeans and tobacco, the researchers looked at what happens during heat and drought. The first thing they noticed was the higher temperature of the leaves and flowers during heat or a combination of heat and drought. But this was the only similarity in the reaction on heat or heat and drought.

Silencing of the drought-manager gives plant reproduction a chance

By heat the plant open the stomata, pores, wide open in the leaves and flowers. While when there is both heat and drought, then the plant keeps in the leaves its stomata closed. But not those in the flowers. These are open. Cooling the flowers, so it appears. When the researchers closed of the stomata using Vaseline, the temperature in the flowers increased. Suggesting that the plant tries to cool down the flowers as much as possible, even if it costs precious water.

The drought-manager ABA causes stomata closure by drought. But in flowers, so shows this study, the heat-manager causes breakdown of ABA. Silencing ABA in its job to close the stomata. The intervention of the heat-manager helps protecting the flowers against high temperatures. It gives fertilization a chance.

By a combination of heat and drought, plants need to make a choice in what to protect and to which cost. Protecting precious flowers, the reproduction organs, comes before the protection of replaceable leaves. The silencing of the drought-manager gives plant reproduction a chance.

Literature

Sinha, R., Zandalinas, S.I., Fichman, Y., Sen, S., Zeng, S., Gómez-Cadenas, A., Joshi, T., Fritschi, F.B. and Mittler, R. (2022), Differential regulation of flower transpiration during abiotic stress in annual plants. New Phytol, 235: 611-629. https://doi.org/10.1111/nph.18162

Hitte en droogte, wat nu?

Hitte en droogte, wat nu?

Hitte en droogte komen beide vaker voor, ook vaker tegelijk. Ze kunnen veel ongemak geven. Net als mensen houden planten hier ook niet van. Ze schieten ervan in de stress. Helemaal wanneer er zowel hitte als water te kort is. Hitte en droogte vragen namelijk om tegenover gestelde maatregelen. Waar bij hitte de plant afkoelt door waterverdamping, als ware door te zweten. Wil het bij droogte al het water binnenhouden. Is er dan ook spraken van hitte, dan lopen de temperaturen op. Met alle gevolgen van dien. Wat te doen?

Amerikaanse onderzoekers zochten uit hoe de plant dit aanpakt. Voor sojabonen en tabak bestudeerde de onderzoekers wat er gebeurt bij hitte en droogte. Het eerste wat opviel was dat de temperatuur van bladeren en bloemknoppen hoger is wanneer er sprake is van hitte, of hitte en droogte. Verder onderzoek liet zien dat dit reactie is die gelijk is bij hitte en hitte en droogte.

Met het tot zwijgen leggen van de droogte-manager geven de planten voortplanting een kans

Bij hitte de plant de huidmondjes in de bladeren en bloemknoppen wijd openzette. Is er naast hitte ook spraken van droogte, dan houdt de plant de huidmondjes in de bladeren gesloten. Maar niet die in de knoppen. Die staan wel open. Om af te koelen, zo blijkt. Wanneer de onderzoekers de huidmondjes afsluiten met vaseline gaat de temperatuur in de bloemknoppen omhoog. De plant probeert de bloemknoppen dus zoveel mogelijk af te koelen, ook al is de prijs verlies van kostbaar water.

Bij droogte zorgt droogte-manager ABA ervoor dat de huidmondjes sluiten. Maar in bloemknoppen, zo blijkt volgens dit onderzoek, geeft de hitte-manager de opdracht om ABA af te breken. ABA heeft zo de kans niet om de huidmondjes te sluiten. Het ingrijpen van de hitte-manager helpt de bloemknoppen te beschermen tegen nadelige temperaturen. Het geeft bevruchting nog een kans.

Bij zowel hitte als droogte moeten planten een keuze maken, wat te beschermen en tegen welke prijs. Ze kiezen voor het beschermen van kostbare bloemen, de voortplantingsorganen, ten nadele van vervangbare bladeren. Met het tot zwijgen leggen van de droogte-manager geven de planten voortplanting een kans.

Literatuur

Sinha, R., Zandalinas, S.I., Fichman, Y., Sen, S., Zeng, S., Gómez-Cadenas, A., Joshi, T., Fritschi, F.B. and Mittler, R. (2022), Differential regulation of flower transpiration during abiotic stress in annual plants. New Phytol, 235: 611-629. https://doi.org/10.1111/nph.18162

Recognising salt

Recognising salt

Salty soil and salty water are fatal to plants. It pushes them out of balance. To avoid this damage, plants have a salt-action plan. They turn on genes that help dealing with too much salt in a plant. They adjust their growth, avoiding the salty ground. But plants need salt as well, in small doses. They can’t completely shut it out. So how do they recognise when there is too much salt?

To find out Dutch researchers turned to the cell wall. Asking the question: does it change when there is too much salt? The cell wall consists of long chains of cellulose hold together by pectin. Together they make a strong but flexible cell wall. Analysing this, the researchers noticed that when roots are in salty water, the structure of pectin changes.

This discovery appears to be at the start of the uncovering of an elegant system

Pectin methyl esterase is the enzyme responsible for the structure change of pectin. It removes a methyl group. When there is lots of salt this enzyme works harder. It removes more methyl groups. Calcium in contrast is slowing this enzyme down. If there is enough calcium, it can cancel the promoting effect of salt. The interesting part is, the researchers not only observed this for the enzyme speed, but also for some other salt responses. Such as the turning on of salt-action genes. These are only turned on in response to salt, but only when there is not enough calcium present.

How the cell exactly notices the changes in the cell wall is not clear yet. A group of cell wall sensors are the most likely candidates. Plants in which these cell wall sensors don’t work are more sensitive to salt. Suggesting that these cell wall sensors prevent a reaction to salt, unless they notice a change in the cell wall that indicates that there is too much salt is present.

This discovery appears to be at the start of the uncovering of an elegant system. With it, the plant can react on cell as well as organ level when there is too much salt. It can make sure the plant stays in balance.

Literature

Nora Gigli-Bisceglia, Eva van Zelm, Wenying Huo, Jasper Lamers, Christa Testerink; Arabidopsis root responses to salinity depend on pectin modification and cell wall sensing. Development 15 June 2022; 149 (12): dev200363. doi: https://doi.org/10.1242/dev.200363

Herkennen van zout

Herkennen van zout

Een zoute grond en zout water zijn fataal voor planten. Het brengt ze uit balans. Om dit te voorkomen hebben planten een zout-actie plan. Ze schakelen genen in die helpen met een te veel aan zout in de plant. Passen hun groei aan, en gaan ze zoute grond uit de weg. Toch hebben planten zout ook nodig, in kleine hoeveelheden. Dus hoe herkennen planten wanneer er te veel zout is?

Om dit te onderzoeken keken Wageningse onderzoekers naar de celwand. Met de vraag: veranderd deze wanneer er te veel zout aanwezig is? De celwand bestaat uit lange ketens van cellulose, en pectine die de cellulose ketens bij elkaar houdt. Samen zorgen ze voor een stevige maar ook flexibelle celwand. De onderzoekers zagen dat wanneer wortels in zout water zitten, de structuur van pectine veranderd.

Deze ontdekking lijkt aan het begin te staan van de blootlegging van een elegant systeem

Pectin methyl esterase is het enzym die de structuur van pectine veranderd. Het verwijdert een methyl groep. Is er veel zout aanwezig dan gaat dit enzym harder werken. Het verwijdert veel methyl groepen. Calcium remt dit enzym af. Als er genoeg calcium is kan dit zelfs het effect van zout te niet doen. Het interessante is dat de onderzoekers dit niet alleen terug zagen in de snelheid van het enzym, maar ook sommige andere reacties op zout. Zoals in het aanschakelen van zout-actie genen. Deze gaan aan bij te veel aan zout, maar alleen als er niet genoeg calcium aanwezig is.

Hoe de cel precies de verandering van de celwand waarneemt is nog niet helemaal duidelijk. De onderzoekers hebben een groep van celwand-sensoren op het oog. Planten waar deze celwand-sensoren niet goed werken reageren heftiger op te veel zout. Dit suggereert dat deze celwand-sensoren de reactie op zout tegenhouden totdat er een verandering in de celwand door zout is waargenomen.

Deze ontdekking lijkt aan het begin te staan van de blootlegging van een elegant systeem. Waarmee de plant op zowel celniveau als op orgaanniveau kan reageren op een te veel aan zout. Ervoor zorgen dat de plant in balans blijft.

Literatuur

Nora Gigli-Bisceglia, Eva van Zelm, Wenying Huo, Jasper Lamers, Christa Testerink; Arabidopsis root responses to salinity depend on pectin modification and cell wall sensing. Development 15 June 2022; 149 (12): dev200363. doi: https://doi.org/10.1242/dev.200363