An international consortium of researchers led by Wageningen University & Research in the Netherlands, has sequenced the genome of the ‘resurrection plant’ Xerophyta viscosa. Today the team publishes the DNA sequence in Nature Plants. In their paper, the team reveals a genetic ‘footprint’ of the amazing ability of this plant to tolerate severe drought for long periods of time. The team hopes their results will contribute to a faster development of food crops that are resilient enough to cope with foreseen global climate changes.
The consortium, comprising researchers from South-Africa, the USA, Australia and the Netherlands, chose to study the ‘resurrection plant’ Xerophyta viscosa, a plant native to southern Africa, because of its amazing capability to survive complete drying.
Henk Hilhorst of Wageningen University & Research and leader of this research: “Food crops that can survive extreme drought are, and will be, of increasing importance. Climate change causes longer and extremer periods of drought, while at the same time the growing world population demands a dramatic increase of food production. Resurrection species like Xerophyta viscosa may serve as ideal models for the ultimate design of crops with enhanced drought tolerance.”
To understand the molecular and genetic mechanisms enabling vegetative desiccation tolerance, the team sequenced the genome of Xerophyta viscosa. Moreover, they studied changes in gene expression patterns during dehydration, in order to find genes which enable the plant to survive desiccation.
Maria-Cecília D. Costa and Mariana A. S. Artur of the Laboratory of Plant Physiology of Wageningen University & Research and first authors of the article, studied desiccating plants and the associated gene expression patterns. Costa: “Much to our surprise we did not find a link between genes active during desiccation and genes known for their activity during drought-induced senescence.” However, the team did find a link with genes involved in seed ripening, a process that allows seeds to survive many years of dry storage.
Costa: “This may mean that Xerophyta viscosa acquired its desiccation tolerance from ancestors that evolved genes that allow seeds to survive drying.”
Xerophyta viscosa plants, dried for 25 days until less than 5% relative water content (left) and after 5 days of watering (right).
Publication
A footprint of desiccation tolerance in the genome of Xenophyta viscosa.
Maria-Cecília D. Costa, Mariana A. S. Artur, Julio Maia, Eef Jonkheer, Martijn F. L. Derks, Harm Nijveen, Brett Williams, Sagadevan G. Mundree , José M. Jiménez-Gómez, Thamara Hesselink, Elio G. W. M. Schijlen, Wilco Ligterink, Melvin J. Oliver, Jill M. Farrant, and Henk W. M. Hilhorst.
Een nieuwe stap op weg naar gewassen die tegen grote droogte kunnen
Een internationaal team van onderzoekers, geleid door Wageningen University & Research, heeft het DNA in kaart gebracht van Xerophyta viscosa, ook wel ‘herrijzende plant’ genoemd, omdat de plant na extreme uitdroging weer helemaal kan herstellen. In hun publicatie in Nature Plants laten de onderzoekers de genetische ‘voetafdruk’ van deze eigenschap zien. Het team hoopt dat hun resultaten een bijdrage zullen leveren aan de ontwikkeling van gewassen die beter bestand zijn tegen de verwachte veranderingen in ons klimaat.
Het onderzoek achter de publicatie van het DNA van de zo tot de verbeelding sprekende ‘herrijzende’ Xerophyta viscosa, een plant uit zuidelijk Afrika, is uitgevoerd door onderzoekers uit Zuid-Afrika, de VS, Australië en Nederland.
Volgens Henk Hilhorst, plantenfysioloog bij Wageningen University & Research en leider van het onderzoek, is kennis over dit soort ‘extreme’ planten maatschappelijk heel belangrijk. Hilhorst: “Voedselgewassen die extreme droogte kunnen overleven, zijn richting toekomst van groot belang. De klimaatverandering veroorzaakt langere en extremere droogteperiodes. Tegelijkertijd moeten we een sterk toenemende wereldbevolking van voedsel voorzien. Planten die extreme droogte kunnen overleven, zoals Xerophyta viscosa, zijn daarom een belangrijke bron van kennis voor het ontwikkelen van gewassen die veel beter tegen droogte kunnen dan onze huidige gewassen”
In hun zoektocht naar de moleculaire en genetische achtergrond van de ‘herrijzing’ analyseerde het team het DNA van het gehele genoom van Xerophyta viscosa. Daarnaast onderzochten ze welke genen meer- en minder actief werden tijdens de periode dat ze de planten lieten uitdrogen. Op die manier wilden ze de ‘herrijzenis-genen’ op het spoor komen.
Maria-Cecília Costa en Mariana Artur, net als Hilhorst werkzaam bij de leerstoel Plantenfysiologie van Wageningen University & Research, zijn samen de eerste auteurs van de publicatie in Nature Plants. Zij bestudeerden de expressiepatronen van de genen, om zo te achterhalen welke genen door de plant worden aan- en uitgezet tijdens uitdroging. Costa: “Tot onze grote verbazing vonden we daarbij geen extra activiteit van genen waarvan we weten dat ze actief zijn bij droogte- geïnduceerde verwelking en veroudering.”
Het team vond juist wel extra activiteit van genen die betrokken zijn bij de rijping van zaden, een proces waarbij de zaden klaargemaakt worden om tot wel tientallen jaren droogte te kunnen overleven.
Costa: “Dat zou kunnen betekenen dat Xerophyta viscosa zo goed tegen uitdroging kan, dankzij genen die door evolutie ontstaan zijn uit de genen die zaden in staat stellen om lange droge periodes te overleven.”
Topics
Species
