INTRODUCTIE PLANTENFYSIOLOGIE Plantenfysiologie en -ontwikkeling
SEMESTER 1 | ACADEMIC YEAR 2023-2024 |DR. MARCEL PROVENIERS
INTRODUCTIE
● Plant Physiology and Development, 6th/7th edition
○ behandelen voornamelijk Growth and Development
● opbouw van de cursus
○ hoorcolleges + werkcolleges + recente ontwikkelingen
⁕ aanwezigheid niet verplicht
○ essay, peer-review
⁕ zelfstudie
○ paper presentatie + discussie
⁕ aanwezigheid verplicht
○ recente review artikelen
● toetsing
○ schriftelijke tentamens 60%
⁕ deeltoets 1 hc 1 t/m 7 + wc
⁕ deeltoets 2 alle hc, wc nadruk op 8-15
○ essay, peer-review 30% (20% + 10%)
○ presentatie + discussie 10%
○ elk onderdeel minimaal 5, eindcijfer minimaal 5,5
● leerdoelen per onderwerp
○ zie PowerPoints + samenvatting in het boek
SCHRIJFOPDRACHT NEWS & VIEWS
● News & Views artikelen
○ doel: niet-expert lezers informeren over nieuwe
wetenschappelijke ontwikkelingen
○ 1200 woorden
○ plaatsen het beschreven onderzoek in een bredere
(maatschappelijke) context
● schrijfhulp
○ De Biologie Schrijfwijzer
○ voorbeeld N&V-artikel op BlackBoard
● plantenfysiologie en -ontwikkeling
○ 1 artikel per groep van 2
○ maatschappelijke relevantie van het in het
wetenschappelijk beschreven onderzoek
○ workflow van het onderzoek
○ belangrijkste resultaten van het onderzoek
○ toekomstperspectief toelichten
○ uitleg van een in het onderzoek toegepaste methode of
techniek (keuze door docenten) in begrijpelijke taal
uitleggen in een informatiebox
○ zie PowerPoint voor onderdelen van het artikel
○ Engels of Nederlands
● deadlines
○ 1e complete versie 04/10
○ peer-reviews 11/10
○ definitieve versie 18/10
1
, LECTURE 1: Signals and signal transduction Plantenfysiologie en -ontwikkeling
millisec. (electrochemical) – months/years (chromatin
LEARNING OBJECTIVES remodeling)
● understand and reproduce how plants detect, process, and ● duur en oorzaak van responsen
interpret information from the environment ○ < 1 uur
● understand the basic principles of signal transduction ○ > 1 uur verandering in genexpressie
mechanisms, in particular the concepts of response specificity, ○ langer epigenetische modificaties; geassocieerd met
signal amplitude and duration, signal integration and DNA maar niet doorgegeven naar 2e generatie
intracellular location
● differentiate between different types of signals used by plants,
identify different types of signaling molecules, identify types of cell versus non-cell autonomous
receptors, their molecular composition, and the differences
among them
● cel-autonome respons: cel die de stimulus waarneemt, is de
cel die de respons vertoont
● niet-cel-autonome respons: respons vindt in een andere (type)
INTEGRATION OF EXTERNAL CUES AND ENDOGENOUS SIGNALS cel plaats dan de cellen die het signaal hebben waargenomen
○ over korte of lange afstand (e.g. auxine)
● uiteindelijke punt van integratie van signalen is op de
groeipunten van de plant
○ meristemen (stamcellen) in scheut apicale meristeem en SIGNAL PERCEPTION AND AMPLIFICATION
het tipje van de wortel en zij-organen
● signaal moet worden gestopt → signalering mechanisme kan
opnieuw worden gebruikt
○ negatieve feedback via respons/signaaltransductie route
● plant receptors can be of
○ bacterial origin
⁕ two-component system-derived
⚘ betrokken bij cytokinin, ethyleen
⁕ photolyase-derived
⚘ blauwlichtreceptoren (cryptochromen)
○ animal-, fungi-related
TEMPORAL AND SPATIAL EFFECTS OF SIGNALING ⁕ F-box protein-related
⁕ receptor kinases
● timing of plant responses to the environment ranges from very ● primary locations of plant hormone receptors and
rapid (Kruidje-roer-me-niet) to extremely slow (jaarringen) mechanosensitive receptors (MscS) in the cell;
○ heliotropisme: planten die overdag de bloemen/bladeren ○ brassinosteroid; plasmamembraan
met de zon van oost naar west meedraaien → bloemen ○ ethyleen; kan over membraan bewegen → in de cel (ER)
worden warmer → trekken meer bestuivers aan ○ cytokinin; intracellulair (ER)
● vernalization: control of flowering by winter temperature ○ auxin / gibberellin / jasmonzuur; in celkern
○ is the induction of a plant's flowering process by exposure ○ MscS: in chloroplast en plasmamembraan
to the prolonged cold of winter
○ koude stimulus kan effect hebben jaren nadat de plant
deze stimulus heeft waargenomen
2
, LECTURE 1: Signals and signal transduction Plantenfysiologie en -ontwikkeling
● acid growth hypothesis explains the expansion of cells
○ signaal → transport van protonen (H+) van cytoplasma
naar celwand en buiten → omgeving wordt zuurder en
cytoplasma basischer → expansines (enzymen) maken
microfibrillen (onderling verbonden door polysachariden)
losser van elkaar → celwand is minder rigide en rekt uit →
cel wordt groter/groeit vanwege turgor
● signal relay and amplification; 2 major pathways
1. Ca2+-fluxes
○ calcium ions, pH and ROS function as 2nd messengers that
● lipid signaling molecules act as 2nd messengers
amplify signals
○ sommige signaleringsmechanismen gebruiken afbraak-
⁕ cytoplasma pH 7.0-7.5
producten bouwstenen plasmamembraan (fosfolipiden)
⁕ celwand pH 5.0-5.5
⁕ pH heeft invloed op groeirespons
○ stimulus → veel Ca2+ getransporteer naar cytoplasma
gene expression in eukaryotes
(vanuit vacuole/buiten) → bindt aan eiwitten →
conformatieverandering eiwitten → geactiveerd
○ Ca2+-permeable channels ● chromatin (DNA en eiwit complex) remodeling: packaging of
⁕ glutamate-like receptors DNA in a metaphase chromosome
⁕ cyclic nucleotide-gated channels ○ nucleosoom bestaat uit 4 histonen met DNA (strak/los)
○ ROS production; NADPH oxidase (RBOH) gewonden → transcriptiefactoren kunnen erbij als het los
⁕ vormt vrije zuurstofradicalen die ook een (euchromatine) is → verandering genexpressie
signaleringsfunctie hebben ○ histonstaart bepaalt of DNA los of strak wordt gewonden;
2. phosphorelay: eiwitten (de)fosforyleren (e.g. MAPK) er kunnen modificaties aan de histonstaart plaatsvinden
○ fosforylatie → conformatieverandering → andere functie ⁕ acetylgroep → losse ontwikkeling DNA
○ signaalamplificatie: 1 kinase (in)activeert meer eiwitten ⁕ methylgroep → strakke ontwikkeling DNA
○ mitogen-activated protein kinase (MAPK) pathways ○ vernalisatie: control of flowering by winter temperature
amplify signals (MAP4K → MAPK) ⁕ vóór kou zijn histonstaarten geacetyleerd →
⁕ MAP3K activeert MAP2K door het te fosforyleren FLOWERING LOCUS C (FLC) is toegankelijk → gen komt
tot expressie; eiwit is bloeiremmer
⁕ o.i.v. kou zijn in de winter histonstaarten gemethyleerd
→ ontoegankelijke FLC, geen broeiremmer →
activator wordt gevormd als dagen langer worden →
bloei
● post-transcriptional regulation (micro-RNA)
○ worden gecodeerd door niet-eiwitcoderende genen
○ pri-miRNA in kern bevat introns en exons; repeat
sequenties zorgen voor hairpin → pre-miRNA → DCL1 en
HYL1 klieven pre-miRNA → dsRNA → RISC (RNA-induced
silencing complex) herkent dsRNA → AGO (in RISC) bindt
dsRNA, verwijdert 1 streng en verplaatst RISC naar mRNA
in het cytoplasma dat complementair is aan microRNA
⁕ / target RNA wordt gespliced door RISC (vaak)
3
SEMESTER 1 | ACADEMIC YEAR 2023-2024 |DR. MARCEL PROVENIERS
INTRODUCTIE
● Plant Physiology and Development, 6th/7th edition
○ behandelen voornamelijk Growth and Development
● opbouw van de cursus
○ hoorcolleges + werkcolleges + recente ontwikkelingen
⁕ aanwezigheid niet verplicht
○ essay, peer-review
⁕ zelfstudie
○ paper presentatie + discussie
⁕ aanwezigheid verplicht
○ recente review artikelen
● toetsing
○ schriftelijke tentamens 60%
⁕ deeltoets 1 hc 1 t/m 7 + wc
⁕ deeltoets 2 alle hc, wc nadruk op 8-15
○ essay, peer-review 30% (20% + 10%)
○ presentatie + discussie 10%
○ elk onderdeel minimaal 5, eindcijfer minimaal 5,5
● leerdoelen per onderwerp
○ zie PowerPoints + samenvatting in het boek
SCHRIJFOPDRACHT NEWS & VIEWS
● News & Views artikelen
○ doel: niet-expert lezers informeren over nieuwe
wetenschappelijke ontwikkelingen
○ 1200 woorden
○ plaatsen het beschreven onderzoek in een bredere
(maatschappelijke) context
● schrijfhulp
○ De Biologie Schrijfwijzer
○ voorbeeld N&V-artikel op BlackBoard
● plantenfysiologie en -ontwikkeling
○ 1 artikel per groep van 2
○ maatschappelijke relevantie van het in het
wetenschappelijk beschreven onderzoek
○ workflow van het onderzoek
○ belangrijkste resultaten van het onderzoek
○ toekomstperspectief toelichten
○ uitleg van een in het onderzoek toegepaste methode of
techniek (keuze door docenten) in begrijpelijke taal
uitleggen in een informatiebox
○ zie PowerPoint voor onderdelen van het artikel
○ Engels of Nederlands
● deadlines
○ 1e complete versie 04/10
○ peer-reviews 11/10
○ definitieve versie 18/10
1
, LECTURE 1: Signals and signal transduction Plantenfysiologie en -ontwikkeling
millisec. (electrochemical) – months/years (chromatin
LEARNING OBJECTIVES remodeling)
● understand and reproduce how plants detect, process, and ● duur en oorzaak van responsen
interpret information from the environment ○ < 1 uur
● understand the basic principles of signal transduction ○ > 1 uur verandering in genexpressie
mechanisms, in particular the concepts of response specificity, ○ langer epigenetische modificaties; geassocieerd met
signal amplitude and duration, signal integration and DNA maar niet doorgegeven naar 2e generatie
intracellular location
● differentiate between different types of signals used by plants,
identify different types of signaling molecules, identify types of cell versus non-cell autonomous
receptors, their molecular composition, and the differences
among them
● cel-autonome respons: cel die de stimulus waarneemt, is de
cel die de respons vertoont
● niet-cel-autonome respons: respons vindt in een andere (type)
INTEGRATION OF EXTERNAL CUES AND ENDOGENOUS SIGNALS cel plaats dan de cellen die het signaal hebben waargenomen
○ over korte of lange afstand (e.g. auxine)
● uiteindelijke punt van integratie van signalen is op de
groeipunten van de plant
○ meristemen (stamcellen) in scheut apicale meristeem en SIGNAL PERCEPTION AND AMPLIFICATION
het tipje van de wortel en zij-organen
● signaal moet worden gestopt → signalering mechanisme kan
opnieuw worden gebruikt
○ negatieve feedback via respons/signaaltransductie route
● plant receptors can be of
○ bacterial origin
⁕ two-component system-derived
⚘ betrokken bij cytokinin, ethyleen
⁕ photolyase-derived
⚘ blauwlichtreceptoren (cryptochromen)
○ animal-, fungi-related
TEMPORAL AND SPATIAL EFFECTS OF SIGNALING ⁕ F-box protein-related
⁕ receptor kinases
● timing of plant responses to the environment ranges from very ● primary locations of plant hormone receptors and
rapid (Kruidje-roer-me-niet) to extremely slow (jaarringen) mechanosensitive receptors (MscS) in the cell;
○ heliotropisme: planten die overdag de bloemen/bladeren ○ brassinosteroid; plasmamembraan
met de zon van oost naar west meedraaien → bloemen ○ ethyleen; kan over membraan bewegen → in de cel (ER)
worden warmer → trekken meer bestuivers aan ○ cytokinin; intracellulair (ER)
● vernalization: control of flowering by winter temperature ○ auxin / gibberellin / jasmonzuur; in celkern
○ is the induction of a plant's flowering process by exposure ○ MscS: in chloroplast en plasmamembraan
to the prolonged cold of winter
○ koude stimulus kan effect hebben jaren nadat de plant
deze stimulus heeft waargenomen
2
, LECTURE 1: Signals and signal transduction Plantenfysiologie en -ontwikkeling
● acid growth hypothesis explains the expansion of cells
○ signaal → transport van protonen (H+) van cytoplasma
naar celwand en buiten → omgeving wordt zuurder en
cytoplasma basischer → expansines (enzymen) maken
microfibrillen (onderling verbonden door polysachariden)
losser van elkaar → celwand is minder rigide en rekt uit →
cel wordt groter/groeit vanwege turgor
● signal relay and amplification; 2 major pathways
1. Ca2+-fluxes
○ calcium ions, pH and ROS function as 2nd messengers that
● lipid signaling molecules act as 2nd messengers
amplify signals
○ sommige signaleringsmechanismen gebruiken afbraak-
⁕ cytoplasma pH 7.0-7.5
producten bouwstenen plasmamembraan (fosfolipiden)
⁕ celwand pH 5.0-5.5
⁕ pH heeft invloed op groeirespons
○ stimulus → veel Ca2+ getransporteer naar cytoplasma
gene expression in eukaryotes
(vanuit vacuole/buiten) → bindt aan eiwitten →
conformatieverandering eiwitten → geactiveerd
○ Ca2+-permeable channels ● chromatin (DNA en eiwit complex) remodeling: packaging of
⁕ glutamate-like receptors DNA in a metaphase chromosome
⁕ cyclic nucleotide-gated channels ○ nucleosoom bestaat uit 4 histonen met DNA (strak/los)
○ ROS production; NADPH oxidase (RBOH) gewonden → transcriptiefactoren kunnen erbij als het los
⁕ vormt vrije zuurstofradicalen die ook een (euchromatine) is → verandering genexpressie
signaleringsfunctie hebben ○ histonstaart bepaalt of DNA los of strak wordt gewonden;
2. phosphorelay: eiwitten (de)fosforyleren (e.g. MAPK) er kunnen modificaties aan de histonstaart plaatsvinden
○ fosforylatie → conformatieverandering → andere functie ⁕ acetylgroep → losse ontwikkeling DNA
○ signaalamplificatie: 1 kinase (in)activeert meer eiwitten ⁕ methylgroep → strakke ontwikkeling DNA
○ mitogen-activated protein kinase (MAPK) pathways ○ vernalisatie: control of flowering by winter temperature
amplify signals (MAP4K → MAPK) ⁕ vóór kou zijn histonstaarten geacetyleerd →
⁕ MAP3K activeert MAP2K door het te fosforyleren FLOWERING LOCUS C (FLC) is toegankelijk → gen komt
tot expressie; eiwit is bloeiremmer
⁕ o.i.v. kou zijn in de winter histonstaarten gemethyleerd
→ ontoegankelijke FLC, geen broeiremmer →
activator wordt gevormd als dagen langer worden →
bloei
● post-transcriptional regulation (micro-RNA)
○ worden gecodeerd door niet-eiwitcoderende genen
○ pri-miRNA in kern bevat introns en exons; repeat
sequenties zorgen voor hairpin → pre-miRNA → DCL1 en
HYL1 klieven pre-miRNA → dsRNA → RISC (RNA-induced
silencing complex) herkent dsRNA → AGO (in RISC) bindt
dsRNA, verwijdert 1 streng en verplaatst RISC naar mRNA
in het cytoplasma dat complementair is aan microRNA
⁕ / target RNA wordt gespliced door RISC (vaak)
3
