Informatie

11.15: Autotrofe planten - Biologie


Stikstoffixatie: interacties tussen wortels en bacteriën

Stikstof is een belangrijke macronutriënt omdat het deel uitmaakt van nucleïnezuren en eiwitten. Atmosferische stikstof, het diatomische molecuul N2, of distikstof, is de grootste hoeveelheid stikstof in terrestrische ecosystemen. Stikstof kan echter worden "gefixeerd", wat betekent dat het kan worden omgezet in ammoniak (NH3) door biologische, fysieke of chemische processen. Zoals je hebt geleerd, is biologische stikstofbinding (BNF) de omzetting van atmosferische stikstof (N2) in ammoniak (NH3), uitsluitend uitgevoerd door prokaryoten zoals bodembacteriën of cyanobacteriën. De volgende vergelijking geeft het proces weer:

De belangrijkste bron van BNF is de symbiotische interactie tussen bodembacteriën en peulvruchten, waaronder veel gewassen die belangrijk zijn voor de mens (Figuur 1). De NH3 die ontstaat door fixatie kan in plantenweefsel worden getransporteerd en worden opgenomen in aminozuren, die vervolgens worden gemaakt in plantaardige eiwitten. Sommige peulvruchtenzaden, zoals sojabonen en pinda's, bevatten veel eiwitten en behoren tot de belangrijkste agrarische eiwitbronnen ter wereld.

Oefenvraag

Boeren roteren vaak maïs (een graangewas) en sojabonen (een peulvrucht), en planten een veld met elk gewas in afwisselende seizoenen. Welk voordeel zou deze vruchtwisseling kunnen opleveren?

[oefengebied rijen=”2″][/oefengebied]
[reveal-answer q=”890921″]Antwoord weergeven[/reveal-answer]
[hidden-answer a=”890921″]Sojabonen kunnen stikstof in hun wortels vastleggen, die aan het einde van het groeiseizoen niet worden geoogst. De ondergrondse stikstof kan in het volgende seizoen worden gebruikt door de maïs.[/hidden-answer]

Bodembacteriën, gezamenlijk genoemd rhizobia, symbiotisch interageren met peulvruchtwortels om gespecialiseerde structuren te vormen, genaamd knobbeltjes, waarin stikstofbinding plaatsvindt. Dit proces omvat de reductie van atmosferische stikstof tot ammoniak, door middel van het enzym stikstofase. Daarom is het gebruik van rhizobia een natuurlijke en milieuvriendelijke manier om planten te bemesten, in tegenstelling tot chemische bemesting die een niet-hernieuwbare hulpbron gebruikt, zoals aardgas. Door symbiotische stikstofbinding profiteert de plant van het gebruik van een eindeloze bron van stikstof uit de atmosfeer. Het proces draagt ​​tegelijkertijd bij aan de bodemvruchtbaarheid doordat het wortelstelsel van de plant een deel van de biologisch beschikbare stikstof achterlaat. Zoals bij elke symbiose profiteren beide organismen van de interactie: de plant krijgt ammoniak en bacteriën verkrijgen koolstofverbindingen die worden gegenereerd door fotosynthese, evenals een beschermde niche om in te groeien (Figuur 2).

Mycorrhizae: de symbiotische relatie tussen schimmels en wortels

Een nutriëntuitputtingszone kan zich ontwikkelen wanneer er een snelle opname van de bodemoplossing, een lage nutriëntenconcentratie, een lage diffusiesnelheid of een laag bodemvocht is. Deze voorwaarden komen heel vaak voor; daarom zijn de meeste planten afhankelijk van schimmels om de opname van mineralen uit de bodem te vergemakkelijken. Schimmels vormen symbiotische associaties genaamd mycorrhizae met plantenwortels, waarbij de schimmels daadwerkelijk zijn geïntegreerd in de fysieke structuur van de wortel. De schimmels koloniseren het levende wortelweefsel tijdens actieve plantengroei.

Door mycorrhisatie haalt de plant voornamelijk fosfaat en andere mineralen, zoals zink en koper, uit de bodem. De schimmel haalt voedingsstoffen, zoals suikers, uit de plantenwortel (Figuur 3). Mycorrhizae helpen het oppervlak van het wortelsysteem van de plant te vergroten, omdat hyfen, die smal zijn, zich buiten de nutriëntuitputtingszone kunnen verspreiden. Hyfen kunnen uitgroeien tot kleine bodemporiën die toegang geven tot fosfor dat anders niet beschikbaar zou zijn voor de plant. Het gunstige effect op de plant wordt het best waargenomen in arme gronden. Het voordeel voor schimmels is dat ze tot 20 procent van de totale koolstof die door planten wordt gebruikt, kunnen verkrijgen. Mycorrhizae fungeert als een fysieke barrière tegen ziekteverwekkers. Het verschaft ook een inductie van gegeneraliseerde afweermechanismen van de gastheer en omvat soms de productie van antibiotische verbindingen door de schimmels.

Er zijn twee soorten mycorrhizae: ectomycorrhizae en endomycorrhizae. Ectomycorrhizae vormen een uitgebreide dichte omhulling rond de wortels, een mantel genoemd. Hyfen van de schimmels strekken zich vanuit de mantel uit in de bodem, waardoor het oppervlak voor water- en mineraalopname groter wordt. Dit type mycorrhiza wordt aangetroffen in bosbomen, met name coniferen, berken en eiken. Endomycorrhizae, ook wel arbusculaire mycorrhizae genoemd, vormen geen dicht omhulsel over de wortel. In plaats daarvan is het schimmelmycelium ingebed in het wortelweefsel. Endomycorrhizae worden aangetroffen in de wortels van meer dan 80 procent van de terrestrische planten.


Wat is het verschil tussen autotrofe en heterotrofe organismen?

We leggen uit dat wat het verschil is tussen autotrofe en heterotrofe organismen? met de voorbeelden van autotrofen en heterotrofen Organismen. Daarnaast: Definities en energieproductie in detail om gemakkelijk te begrijpen.

Weet je hoe de wezens die op aarde leven zichzelf voeden en energie krijgen? We weten dat dieren energie krijgen als ze eten, maar wat gebeurt er bijvoorbeeld met algen of andere wezens die geen mond en spijsverteringsstelsel hebben?

We zullen zien wat de definitie is van autotrofe en heterotrofe wezens , de verschillen tussen autotrofe en heterotrofe voeding en sommige voorbeelden om het beter te begrijpen. Lees het artikel verder om meer te weten te komen over de wezens die onze planeet bevolken!


Welkom in de levende wereld

Het is de gedeeltelijke oxidatie (afbraak) van glucose tot 2 moleculen van pyrodruivenzuur (C 3 H 4 O 3 ) bij afwezigheid van O2. Het komt voor in cytoplasma van alle levende organismen.

Het schema werd gegeven door Gustav Embden, Otto Meyerhof & J. Parnas. Dus het is ook bekend als EMP traject.

Bij anaëroben is dit het enige proces bij de ademhaling.

In planten wordt glucose afgeleid van: sacharose (eindproduct van fotosynthese) of uit opslag koolhydraten. Sucrose wordt door een enzym omgezet in glucose en fructose, inverteren.Deze 2 monosachariden gaan gemakkelijk de glycolytische route binnen.

Glucose en fructose worden door het enzym gefosforyleerd om glucose-6-fosfaat te vormen hexokinase. Het wordt vervolgens geïsomeriseerd om te produceren: fructose-6-fosfaat. De daaropvolgende stappen van het metabolisme van glucose en fructose zijn hetzelfde.

Het bevat 10 stappen onder controle van verschillende enzymen.

  • Bij de omzetting van glucose in glucose 6-fosfaat.
  • Bij de omzetting van fructose-6-fosfaat naar fructose-1,6-difosfaat.

PGAL wordt geoxideerd en wordt met anorganisch fosfaat omgezet in 1, 3-bisfosfoglyceraat (BPGA). Hierbij worden 2 redox-equivalenten (2 H-atomen) uit PGAL verwijderd en overgebracht naar NAD+ onder vorming van NADH + H+.

BPGA wordt 3-fosfoglycerinezuur (PGA) energie opleveren. Deze energie wordt gevangen door de vorming van ATP.

ATP wordt ook gevormd wanneer PEP wordt omgezet in pyrodruivenzuur.

Bij glycolyse, 4 ATP-moleculen worden direct gesynthetiseerd uit één glucosemolecuul.

Pyruvinezuur (pyruvaat) is het belangrijkste product van glycolyse. Zijn metabolische lot hangt af van de cellulaire behoefte.


Deel 3: Het perspectief van planten op zaden, seks en microben

00:00:12.17 Oké.
00:00:13.17 Mijn naam is Ian Baldwin en ik ben verheugd om deel 3 te geven van een lezing getiteld Studeren
00:00:20.05 de ecologische interacties van een plant met het genoom. in het genomics-tijdperk.
00:00:24.20 In deel 1 en 2 gaf ik een korte, bevooroordeelde geschiedenis van dit zeer interdisciplinaire veld van planten-herbivoor
00:00:31.12 interacties, en ik heb ook veel gesproken over het modelsysteem waarmee we werken, Nicotiana
00:00:35.14 attenuata, en hoe het omgaat met een aanval van een nicotinetolerante herbivoor.
00:00:40.07 In deze talk ga ik je vertellen hoe de plant, nou ja, seks en
00:00:46.24 microben om zijn zaden te kunnen beschermen en proberen. probeer dat maar eens evolutionair te presenteren
00:00:52.17 context.
00:00:53.24 We hebben aan deze plant gewerkt, Nicotiana attenuata.
00:00:56.19 Het groeit in de Great Basin Desert van de Verenigde Staten.
00:00:59.09 Het is een inheemse plant en dankzij de langdurige, geduldige financiering van de Max Planck Society,
00:01:04.02 we hebben een zeer indrukwekkende gereedschapskist ontwikkeld, een moleculaire gereedschapskist voor deze specifieke plant.
00:01:09.15 En we transformeren de fabriek in onze laboratoria in Duitsland, en nemen de fabriek mee terug naar...
00:01:14.04 een veldstation in Utah om de ecologische interacties te bestuderen.
00:01:19.00 In deel 2 heb ik veel gesproken over hoe de plant omgaat met aanvallen van deze specifieke specialist
00:01:24.23 herbivoor, Manduca sexta, en hoe de herbivoor bepaalde elementen heeft in zijn orale afscheidingen,
00:01:31.00 zijn spit, de zogenaamde vetzuur-aminozuurconjugaten.
00:01:34.07 Dit zijn de structuren, en deze FAC's zijn de signalen die een reeks van zes lagen opwekken
00:01:40.12 van reacties in de plant die betrekking hebben op afweer, vermijding en tolerantie.
00:01:45.12 En dit zijn degenen waar ik het over had in deel 2 van de talk.
00:01:49.05 Ik wil dit gesprek beginnen door voort te bouwen op deel zes, het vermogen van de plant om te vermijden
00:01:57.01 deze specifieke herbivoor door bestuivers te veranderen.
00:02:00.04 Waar ik je de vorige keer over vertelde, was dat deze bestuiver, de moeder van de larven,
00:02:07.00 is een goede vent omdat het een uitstekende bestuiver is, maar het is het. elke keer dat het bestuift het nectars
00:02:12.00 en legt eieren, en de eieren komen natuurlijk uit in de slechterik.
00:02:15.19 En de fabriek heeft de oplossing bedacht om dit specifieke dilemma op te lossen:
00:02:19.20 een good guy en een bad guy in hetzelfde genoom door het type bloemen dat het produceert te veranderen.
00:02:25.15 Dus normaal gesproken produceert het deze nacht-open bloemen, zoals je hier kunt zien, en dit zijn
00:02:31.03 bestoven door de mot -- ze openen zich 's nachts en ruiken' s nachts en trekken de mot aan
00:02:35.17 's nachts.
00:02:37.02 Maar wanneer het zwaar wordt aangevallen door de larven van de baby's van de mot, dan begint de plant
00:02:43.24 om deze ochtend-open bloemen te produceren, hier, en deze ochtend-open bloemen worden niet bestoven
00:02:50.07 door haviksmotten -- het trekt ze niet eens aan omdat het 's nachts niet ruikt -- maar eerder
00:02:54.20 gaat 's ochtends open en wordt bestoven door kolibries.
00:02:59.01 Nu, kolibries hebben deze prachtige eigenschap dat ze niet leggen. ze wet kolibrie
00:03:03.16 eieren. ze leggen geen motteneieren, en dus vermijdt het het hele probleem van het aantrekken van een major
00:03:07.15 herbivoor door goede bestuivingsdiensten te krijgen.
00:03:10.24 Nu vraag je je misschien af, waarom maakt de plant niet altijd die ochtend-open bloemen?
00:03:16.14 in plaats van die nacht-open bloemen en in plaats daarvan gewoon met de kolibrie gaan?
00:03:20.11 Nou, we denken dat de reden is dat de kolibrie geen erg goede outcrosser is.
00:03:26.12 Hij houdt ervan om lijnen te vangen -- hij beweegt van bloem naar bloem naar bloem in de plant en daarom
00:03:30.08 grotendeels zelfbevruchting van de plant.
00:03:32.03 En als je naar een zaadcapsule kijkt in een natuurlijke populatie zoals deze en
00:03:37.07 als je de zaden in die zaadcapsule op volgorde zet, zul je merken dat er een vreselijke
00:03:41.04 veel uitgekruiste zaden, wat betekent dat, ondanks het feit dat dit een zelfbestuivende plant is,
00:03:47.01 dat dit een plant is die perfect in staat is om zichzelf te voeden, het vertoont geen bewijs van inteelt
00:03:52.13 depressie, maar in de natuurlijke wereld doet het veel uitkruising.
00:03:56.23 Waarom is die kruising zo belangrijk voor deze specifieke plant?
00:04:00.05 Nou, het is waarschijnlijk een gevolg van het feit dat het branden verjaagt in ecologische tijd, zoals
00:04:06.04 waarover ik je vertelde in deel 1 van deze talk.
00:04:08.20 En het jaagt branden na door een zaadje te produceren dat gedurende een lange periode van
00:04:13.24 tijd, in dat interval tussen de vuren.
00:04:16.05 Nu, als je voor een lange periode in de zaadbank wilt overleven, is het veel
00:04:20.19 beter om veel verschillende exemplaren van een lot te hebben, om te hopen dat je gaat
00:04:26.14 om dat ene geno te vinden. genotypische combinatie waarmee je alles kunt overleven
00:04:32.00 de verschillende dingen die kunnen gebeuren in de honderden jaren terwijl je sluimert,
00:04:35.16 in vergelijking met het hebben van veel exemplaren van hetzelfde zaad, veel exemplaren van hetzelfde lot,
00:04:41.11 wat er gebeurt als je zelf.
00:04:42.23 Dus we denken dat uitkruisen erg belangrijk is omdat het het genetische materiaal levert,
00:04:48.10 de genetische diversiteit, waardoor je dit lange inter-vuurinterval kunt overleven.
00:04:53.12 Dus in deze talk ga ik je vertellen over drie elementen die kunnen helpen
00:04:59.15 deze plant overleeft dat inter-brandinterval op lange termijn, en kan nog steeds snel evolueren,
00:05:06.12 ondanks dit zeer lange onderdeel van zijn levensfase.
00:05:09.08 Ik ga het hebben over de aantrekkingskracht van bestuivers, ik ga het hebben over post-bestuiving partner
00:05:13.09 selectie, ik ga het hebben over kansen. opportunistische mutualismen die de plant ontwikkelt
00:05:20.08 met microben die in de grond zitten.
00:05:23.00 En ik ga eerst beginnen met de bestuiver-attractie.
00:05:25.07 Maar om dat te doen, moet ik een context voor partnerselectie voor planten instellen.
00:05:30.06 Nu kunnen planten partners selecteren in twee verschillende stadia, eigenlijk in drie verschillende stadia die
00:05:36.00 Ik ga je vertellen over, maar ik ga gewoon experimenteel bewijs beschrijven. bewijs
00:05:39.15 voor twee van hen.
00:05:40.22 De eerste fase kan de pre-bestuivingsfase zijn, wanneer het verschillende bestuivers binnenbrengt
00:05:46.11 die dan stuifmeelladingen zal binnenbrengen met verschillende soorten genetisch materiaal. verschillend
00:05:51.04 genetische composities.
00:05:52.20 En ik zal het even hebben over de bloemeigenschappen die selecteren op bepaalde soorten bestuivers.
00:05:58.04 Dan is er een fase van de pre-zygotische selectie na de bestuiving, en dat is wanneer de
00:06:05.09 gamete-afgifte-apparaat, dat als eerste is. het bevat echt. samengesteld uit twee delen.
00:06:11.09 Het eerste deel is de postbode die de stuifmeelkorrels naar het stigma brengt, en dan
00:06:16.15 het tweede deel van het apparaat voor het afleveren van gameten zijn de pollenbuizen die er echt doorheen groeien
00:06:21.00 de stijl, en dan de twee spermakernen afleveren die de dubbele bevruchting uitvoeren
00:06:27.05 die niet nodig is voor zaadontwikkeling, de bevruchting van het embryo en de bevruchting
00:06:32.18 van het endosperm.
00:06:34.09 En dan, ten slotte, de derde arena van partnerselectie, waar ik het niet over ga hebben
00:06:39.00 hierin, maar ik wilde het alleen maar noemen, is de post-zygotische partnerselectie die gepaard gaat met
00:06:43.08 differentiële zaadvulling en zaadabortie, zodra de zaden zijn bevrucht - post-zygotisch
00:06:49.13 partnerkeuze.
00:06:50.22 Oké.
00:06:51.22 Dus om eruit te komen. om uitkruising te maximaliseren, zodat u enige mogelijkheid heeft om te selecteren
00:06:57.16 vrienden, je moet bestuivers hebben die een aantal verschillende planten van verschillende
00:07:03.08 genotypen, aangetrokken worden tot een bloem en die stuifmeelkorrels op het stigma deponeren.
00:07:08.08 We hebben gekeken naar veel van de verschillende bestuivers die attenuata-bloemen bezoeken en
00:07:13.07 we proberen erachter te komen of sommige van hen verschillende genetische eigenschappen leveren
00:07:19.01 materiaal aan de bloem.
00:07:21.02 En wat ik wil doen is een beetje praten over hoe het is dat bepaalde bestuivers
00:07:25.04 worden gemanipuleerd door bloemeigenschappen, zodat ze kunnen worden verbeterd en geselecteerd door de
00:07:30.18 fabriek.
00:07:31.18 Nu, ik zei dat de kolibrie, daar afgebeeld, waarschijnlijk niet zo'n goede bestuiver is
00:07:37.17 als de mot, simpelweg vanwege zijn gedrag van vallen en grotendeels zelfbestrijdende planten.
00:07:44.17 Maar ik wil je een klein trucje vertellen dat de plant uitvoert om beter te worden
00:07:49.08 uitkruisingsdiensten van deze specifieke kolibrie.
00:07:52.02 En hier moeten we ook kijken naar de chemie van zowel de hoofdruimte van de bloem
00:07:56.17 als de nectar.
00:07:57.22 En als je goed kijkt naar de chemie van de headspace, zie je dat er veel
00:08:00.24 verschillende moleculen daar -- er zijn pieken op het chromatogram die genummerd zijn -- en
00:08:04.08 zul je merken dat benzylaceton, het molecuul waarover ik je vertelde in deel 1 van deze talk, als
00:08:08.22 evenals deel 2 van deze talk, is de belangrijkste lokstof voor bloemen.
00:08:13.19 Maar er is nog een piek die direct na benzylaceton komt en dat is een verrassende
00:08:17.15 piek omdat het een gif is.
00:08:19.08 Het is het nicotinemolecuul waarover ik je in deel 2 heb verteld.
00:08:22.07 En je kunt zien dat de nicotinepiek vooral in de nectar vrij groot is.
00:08:27.13 En dat stelt een zeer interessante vraag: waarom zou je een gif in de?
00:08:33.01 erg nectar, de beloning die je probeert te gebruiken om bestuivers mee aan te trekken?
00:08:39.10 Dus de eerste vraag die we hadden was, misschien is nicotine geen afweermiddel voor kolibries
00:08:44.23 en misschien zorgt zelfs nicotine ervoor dat kolibries verslaafd raken aan deze bloemen?
00:08:49.09 En in een aantal experimenten die Danny Kessler en ik deden met extreem hightech,
00:08:53.20 Max Planck-niveau apparatuur met olievaten en Easter Lily-bloemen, we waren in staat
00:09:00.05 om heel mooi te laten zien dat, binnen het concentratiebereik van nicotine in de nectar, het erg
00:09:06.22 duidelijk dat nicotine een afweermiddel is voor kolibries en dat hebben we ook kunnen aantonen
00:09:12.09 kolibries raken niet verslaafd aan nicotine, in tegenstelling tot mensen.
00:09:18.04 En als je kijkt naar de concentraties nicotine in de nectar van planten van 10 verschillende
00:09:25.00 populaties, en hier zie je gegevens van vijf planten van tien populaties, met de
00:09:29.23 gemiddelde en standaardfout van zes bloemen van elk van die vijf planten van de tien
00:09:35.18 verschillende populaties, je ziet dat de concentraties overal verschillen, maar er is een grote
00:09:41.10 fractie van de bloemen die concentraties produceren die afstotend zijn voor de kolibries
00:09:47.03 en sommige produceren zelfs concentraties die behoorlijk giftig zijn.
00:09:51.00 En als je beter kijkt, binnen een bepaalde bloeiwijze, vind je de verklaring voor
00:09:55.09 waarom de standaardfoutbalken in die grafiek zo groot zijn.
00:09:59.18 En de reden is dat de bloemen in de bloeiwijze een willekeurige verdeling hebben
00:10:04.20 nicotine in hun nectar.
00:10:07.06 Er is een echt giftige bloem, meestal, in een typische bloeiwijze, terwijl de andere
00:10:12.18 die zijn helemaal niet zo slecht, en er is geen voorspelbaarheid voor waar die specifieke giftige
00:10:18.18 bloem is.
00:10:20.02 En dit beïnvloedt het gedrag van kolibries op een zeer karakteristieke manier, omdat ze vertellen
00:10:24.18 je heel aardig als ze niet van een nectar houden - ze onderzoeken in feite en dan gaan ze terug
00:10:30.12 uit en spugen en ze vliegen weg.
00:10:33.00 En hier komt een kolibrie aanvliegen, een valstrik maken, een vergiftigde bloem raken, daar,
00:10:37.11 en dan naar een andere plant gaan.
00:10:39.03 En we veronderstelden, door een willekeurig vergiftigde bloem in een bloeiwijze, de plant
00:10:45.10 is in staat om betere uitkruisingspercentages te krijgen van deze relatief slechte uitkruisende kolibrie
00:10:51.18 bestuivers.
00:10:52.18 Dus doen we een experiment.
00:10:53.18 Het experiment was heel eenvoudig.
00:10:54.18 We hebben de planten gewoon getransformeerd zodat we de nicotineproductie konden stoppen en we
00:10:59.02 antherectomiseerde bloemen zodat bloemen alleen stuifmeel zouden krijgen als ze bezocht werden door
00:11:05.11 een kolibrie, en om ervoor te zorgen dat we de planten 's nachts bedekten en ze alleen hadden
00:11:09.20 blootgesteld gedurende de dag -- dat deden we in twee inheemse populaties -- en toen hebben we gegenotypeerd
00:11:15.09 alle zaden geproduceerd van die bloemen die werden bestoven door en bevrucht door
00:11:19.12 die kolibries.
00:11:20.22 En. en de resultaten zijn heel duidelijk.
00:11:23.12 Voor. voor planten, voor bloemen die nicotine produceerden en die willekeurige giftige bloem hadden
00:11:29.04 in het boeket, ze hadden aanzienlijk meer vaders die hun zaden verwekten dan de bloemen
00:11:36.06 die geen nicotine produceerde.
00:11:38.08 Dus nicotine-geregen nectar verhoogt de uitkruisingssnelheid.
00:11:41.15 Dus ik denk dat het overduidelijk is dat we nectar niet alleen maar moeten zien als
00:11:46.11 alleen de oplossing van sucrose en glucose en fructose waar een beloning voor is. betalen
00:11:53.01 postbode met.
00:11:54.15 We moeten rekening houden met alle andere metabolieten die vaak voorkomen in nectaroplossingen
00:11:58.17 en denk erover na in de context. lijkt erg op de context van het geheim
00:12:03.08 formules van veel van de frisdrankproducenten, namelijk om het gedrag van de consument te manipuleren,
00:12:08.24 en de plant gebruikt natuurlijk chemie om uitkruising te optimaliseren en op te lossen
00:12:14.20 alle andere problemen die bestuiving met zich meebrengt.
00:12:17.17 Naast het gebruik van chemie, gebruikt een plant ook zijn morfologie, zijn beweging.
00:12:23.18 En hier zie je een time-lapse video van een bloem die een bewegingsgedrag van starten ondergaat
00:12:31.00 laag tijdens de vroege avond, en dan langzaam omhoog, de hoek vergrotend, opengaand
00:12:38.02 zijn bloemkroon, geurend, door de anthesis gaan en zich dan klaarmaken om zijn favoriet te ontvangen
00:12:44.16 bestuiver.
00:12:46.17 En deze beweging blijkt circadiaans te zijn, het gebeurt dagelijks voor de drie
00:12:51.12 dagen dat een bloem open is.
00:12:53.14 Het blijkt te worden bestuurd door de klok van de plant -- er zit een kleine klok in het steeltje
00:12:57.19 van de bloem die dat bewegingsgedrag regelt.
00:13:00.18 Daar ga ik het nu niet over hebben, maar ik wil wel ingaan op de vraag waarom
00:13:04.19 deze bloemen zwaaien, waarom doen ze dit zwaaigedrag.
00:13:07.23 Nu, nogmaals, met behulp van zeer technische apparatuur van Max Planck-niveau, Danny Kessler en Felipe
00:13:14.07 Yon had frisdrankrietjes genomen die ze van McDonald's hadden gekregen en die gebruikten om de bloemen vast te binden
00:13:22.10 in bepaalde posities -- hoog zoals een bloem 's nachts zou zijn, horizontaal
00:13:27.20 zoals het 's middags zou zijn, en dan naar beneden zoals het zou zijn in de middag -- en dan
00:13:31.11 stond een haviksmot eenvoudig toe om te bestuiven en interactie te hebben met deze bloemen die allemaal waren
00:13:37.19 antherectomie -- er is een incisie gemaakt om de stuifmeelkorrels eruit te halen.
00:13:41.05 En, zoals je kunt zien, als de bloemen in hun opwaartse positie staan, kan de haviksmot
00:13:46.09 om te bestuiven en toegang te krijgen tot de bloemen, en de bloem zou zaden en capsules kunnen laten rijpen
00:13:52.14 zoals het normaal zou zijn.
00:13:53.21 Nu, ik vertelde je in deel 1 dat de haviksmot deze zintuiglijke sensilla gebruikt aan het einde van dat
00:13:59.14 zeer lange slurf die je hier kunt zien om zijn weg naar de bloem te vinden met behulp van de
00:14:06.03 bloemengeur die niet alleen als attractie op lange afstand fungeert. lokstof, maar ook een zeer
00:14:11.22 korte afstand keu waarmee de mot het gaatje van de bloem kan vinden.
00:14:15.10 Nu zeg ik je dat er een extra laag is aan deze interactie, dat de bloem
00:14:20.16 moet het eigenlijk omhoog krijgen zodat de mot het erin kan krijgen -- het lijkt heel erg op Dirty Dancing.
00:14:26.22 De bloem gebruikt dit bewegende gedrag om andere bestuivers eruit te filteren, zodat het
00:14:32.08 voornamelijk bestoven door zijn favoriete, deze Manduca sexta.
00:14:36.13 Oké.
00:14:37.13 Er zijn dus duidelijk veel andere manieren waarop planten zouden kunnen zijn. bloemen kunnen manipuleren
00:14:42.19 en het kiezen van een bepaald type bestuivers en bestuivers kan anders zijn
00:14:47.23 stuifmeelladingen van verschillende genetische kwaliteit, maar daar weten we gewoon niet veel van.
00:14:52.05 Nu wil ik overschakelen naar de volgende fase in het potentieel voor partnerselectie in bloemen,
00:14:56.18 en dat is de post-bestuiving, pre-zygotische mogelijkheden, en vertel je over de rol
00:15:02.16 dat ethyleen, een plantenfytohormoon, dat het in dit proces speelt.
00:15:08.05 En ik ga beginnen met twee planten die we hebben gesequenced, die aan de andere kant voorkomen
00:15:14.09 kanten van de Grand Canyon: een ten noorden van de Grand Canyon, noemen we de Utah Lady
00:15:19.22 en één ten zuiden van de Grand Canyon, die we de Arizona Lady noemen.
00:15:23.12 Beide genomen zouden recentelijk zijn vrijgegeven.
00:15:28.02 En we hebben deze twee dames eigenlijk gevraagd om ons te vertellen wat ze van verschillende mannen vinden
00:15:33.22 uit zowel Utah als Arizona.
00:15:35.07 En ik ga je vandaag alleen de gegevens geven over de partnervoorkeuren van de Utah-mannen
00:15:43.09 van deze twee bijzondere dames.
00:15:44.24 Toen deze twee specifieke dames werden gevraagd, in experimenten met gemengde pollenbestuiving,
00:15:51.01 waar alle mannen evenveel stuifmeelkorrels op het stigma hadden geplaatst, om te kiezen, en
00:15:56.24 je kunt zien dat de dame uit Utah een heel bijzondere keuze heeft gemaakt en duidelijk Mr.
00:16:05.04 G2 uit Utah als favoriet, en vond G10 helemaal niet leuk, terwijl de dame uit Arizona
00:16:10.19 vond G10 leuk en had geen voorkeur, en verwekte geen zaden met G2.
00:16:17.04 En deze voorkeuren voor respectievelijk G2 en G10 tussen de twee dames waren consistent over de hele wereld
00:16:22.23 jaar van 2008 tot 2010, en een aantal verschillende replica's in 2010 met veel
00:16:28.21 verschillende kindergeneraties van de mannen.
00:16:31.20 En je kunt zien dat dit zeer consistente partnerkeuzes zijn van deze twee bloemen.
00:16:38.09 twee bloemsoorten.
00:16:40.06 Wat is er interessant aan deze specifieke keuzes, als we even teruggaan naar de dame van
00:16:43.23 Utah, die van G2 houdt, als ze G2 op haar stigma krijgt, sluit ze de advertentie
00:16:51.16 -- ze ruikt niet meer, produceert deze benzylacetongeur om bestuivers aan te trekken, en ze gaat
00:16:56.21 vooruit en verwekt een groot aantal van haar zaden, waarvan 28%, met de G2-pollenbron.
00:17:03.04 Als ze daarentegen voornamelijk de ongunstige G10-pollenbron ontvangt, gaat ze verder
00:17:09.12 om te adverteren -- ze blijft bloemengeuren verspreiden, misschien in de hoop te kunnen brengen
00:17:13.13 in een van haar favoriete stuifmeelkorrels.
00:17:15.16 Oké.
00:17:16.16 Nu vraag je je misschien af, aangezien we deze experimenten hebben gedaan met antherectomiseerde
00:17:19.19 bloemen die dat allemaal niet hebben. potentieel voor zelfbestuiving, vraag je je af of
00:17:24.14 niet dezelfde partnervoorkeuren kunnen voorkomen bij veel zelfpollen, en inderdaad:
00:17:28.21 doen.
00:17:29.21 Als je ze niet antherectomiseert, krijg je natuurlijk een groot aantal zelfbestuivende zaden
00:17:33.19 -- dus zelfbestuiving is een soort van back-up, een veiligheidsdeken -- maar ze zijn nog steeds zichtbaar
00:17:37.11 die zeer verschillende voorkeuren voor G2, als je de dame uit Utah bent.
00:17:42.01 Nu, misschien denk je ook dat, nou ja, misschien zijn deze mannen dat gewoon. sommige ervan zijn
00:17:47.01 watjes en zijn niet echt goed in het verwekken van zaden.
00:17:50.08 Dus we hebben een aantal experimenten gedaan met bestuiving van één genotype, waarbij we elk van de
00:17:54.24 26 mannen een kans om zaden te bestuiven in beide genetische achtergronden, en bochten
00:17:59.13 dat ze allemaal perfect levensvatbare mannen zijn.
00:18:02.24 Ze zijn perfect in staat om stuifmeelbuizen en bevruchte zaden te produceren die perfect zijn
00:18:06.24 waardevol en vruchtbaar.
00:18:08.16 Dus er is niets mis met de mannen.
00:18:10.21 Het is echt een kwestie van de vrouwen kiezen.
00:18:13.09 Er is nog een ander onderdeel van dit proces waarover ik je moet vertellen.
00:18:18.05 Wanneer een gemengde stuifmeellading komt en er is een van de favoriete stuifmeelkorrels in die gemengde
00:18:23.07 probleembelasting, de plant reageert zeer snel nadat het stuifmeel op het stigma is afgezet
00:18:28.13 met een beetje ethyleenstoot, dit fytohormoon.
00:18:32.03 En de ethyleenburst is recht evenredig met de voorkeur van het vrouwtje voor de partners
00:18:38.18 die op het stuifmeel zijn afgezet.
00:18:40.14 Dus de uitbarsting van ethyleen is een voorbode van toekomstige partnervoorkeuren, zodra de pollenbuizen
00:18:46.09 afgegroeid en bevruchting vindt plaats.
00:18:48.18 Nu hebben we het vermogen, genetisch, om het ethyleensignaleringsproces af te schaffen.
00:18:53.02 We kunnen het op twee manieren doen: we kunnen planten maken die ethyleen dempen, omdat ze dat niet kunnen
00:18:56.16 spreken ethyleen, ze kunnen geen ethyleen produceren -- dus dat doen we door een gen uit te schakelen genaamd
00:19:00.19 ACC-oxidase -- en we kunnen planten ook ethyleendoof maken, die ethyleen niet kunnen horen, omdat
00:19:06.16 we zijn in staat geweest om de perceptie af te schaffen, de receptor waardoor ethyleen wordt waargenomen
00:19:11.12 in planten, door een ETR1 tot expressie te brengen.
00:19:15.00 En in deze twee planten die genetisch niet in staat zijn om ethyleen te produceren of waar te nemen,
00:19:20.19 de ethyleenburst wordt opgeheven, de planten gaan door, zelfs als ze bestoven zijn, om
00:19:26.02 produceren de bloemengeur, ze adverteren en adverteren, en het meest interessante is:
00:19:30.12 dat elke stuifmeelkorrel die op het stigma wordt afgezet een stuifmeelbuis laat groeien, en met succes
00:19:36.09 meststoffen zaden in directe verhouding tot het aantal stuifmeelkorrels op de
00:19:40.03 stigma.
00:19:41.03 Dus dat zegt je weer dat er niets mis is met deze mannen, het is allemaal een proces van
00:19:45.23 pre-zygotische partnerkeuze gebeurt hierin. in de stilistische weefsels.
00:19:51.07 En dat kun je heel mooi laten zien door alle mannen die we hadden uit Arizona, Utah,
00:19:55.21 één grote gemengde bestuiving maken met gelijke aantallen stuifmeelkorrels en de . bestuiven
00:20:00.07 ethyleendove planten, en je kunt zien dat het aantal zaden dat hier wordt geproduceerd echt weerspiegelt
00:20:04.17 zo'n beetje de verdeling van stuifmeelkorrels op het stigma, alweer.
00:20:08.00 Oké.
00:20:09.00 Dus nu, voor de echt grote vraag, is. deze vrouwtjes hebben heel specifiek en consistent
00:20:16.16 partnerkeuzevoorkeuren. zijn deze voorkeuren adaptief?
00:20:20.10 Met andere woorden, kan het vrouwtje daadwerkelijk goede partners kiezen versus slechte partners?
00:20:25.07 Nu, hoe doe je dat?
00:20:27.06 Nou, een manier om dat te doen is om erachter te komen of de partners die ze kiezen, zaden
00:20:33.15 die langer in de zaadbank leven en in staat zijn uit te groeien tot levensvatbare nakomelingen wanneer de
00:20:38.12 seed bank finally gets activated.
00:20:39.23 So, we've been testing that hypothesis over the last almost 15 years, creating seed bags.
00:20:45.21 seed banks all over Utah with various combinations of seeds, and testing and looking at all the
00:20:51.15 different mortality agents of the seeds, because the seeds are attacked by fungi and other
00:20:55.09 types of bacteria as they lie there in the seed bank.
00:20:58.11 And. and this process is one where we wanted to see whether or not the preferences that
00:21:05.07 the females were making were also producing offspring that lived longer in the seed bank.
00:21:12.06 So, remember the lady from Utah?
00:21:14.12 She likes, when she's given a choice amongst these 11 men from Utah, she likes G2.
00:21:21.11 And it turns out that G2, when you bury those seeds in the seed banks, they survive much
00:21:26.11 better than the other ones -- hey survive better in mixed pollinations they survive
00:21:30.02 better in single pollinations.
00:21:31.22 And remember that lady from Arizona?
00:21:33.08 She liked G10.
00:21:34.20 And G10 survives much better in at least two of the. two of the burial sites much better
00:21:40.08 in single and as well as a mixed pollinations.
00:21:42.16 So, it's pretty clear that the selected mates survive better in those seed banks, and we
00:21:48.05 can infer from that that this mate choice is adaptive.
00:21:52.05 Now, we don't really have any idea how the females are able to make these adaptive mate
00:21:57.19 choices amongst the men.
00:21:59.08 But we want to maybe think a little bit about what happens in animal systems.
00:22:03.00 In animals, the gamete delivery system that we call males is a diploid, and sometimes
00:22:10.19 these diploids end up being selected by females to have very particular types of behavior.
00:22:16.13 They have certain exaggerated traits like you've seen in the pictures in the background.
00:22:21.03 Sometimes they have exaggerated fighting behaviors, where they display their strength and virility,
00:22:25.21 and then females. and then they're supposed to be watching these behaviors and making.
00:22:29.10 saying, well, maybe I can infer that the genetic quality of a particular mate that is dominant
00:22:35.19 in these. in these behaviors it's a good person to be. a good mate to be mating with.
00:22:42.07 And Darwin recognized this as sexual selection in a very important paper in 19. in 1871.
00:22:49.21 And he inferred from the basic principles of how we define male and female that sexual
00:22:58.06 selection should be a very important evolutionary process, simply because we defined females
00:23:04.01 as being the ones that make the big, expensive, and few gametes, and we define males as the
00:23:09.02 one that makes the many, small, inexpensive gametes, that there's going to be male-male
00:23:12.24 competition and female choice, and that there's going to be selection on males and females
00:23:19.02 by the other sex.
00:23:20.18 Now, let's think about mate choice in plants.
00:23:24.15 And there are basically two parts to the gamete delivery system.
00:23:28.08 There's part one when the pollinator brings the mixed load into it, and we've just talked
00:23:32.07 about how different floral traits could maybe select for different types of pollinators
00:23:36.06 they may be bringing different quality mates to the stigma.
00:23:43.07 But then there's part two, which I think is much more interesting.
00:23:47.15 Part two is when the pollen tubes grow down and deliver the two sperm nuclei for the double
00:23:53.02 fertilization that occurs in the most angiosperm reproductive systems: the fertilization of
00:24:00.00 the embryo and the fertilization of the endosperm to finally form the seed.
00:24:05.00 Now, that pollen tube that delivers those two sperm nuclei is haploid, unlike the diploid
00:24:12.03 mate. gamete delivery system that we call males in animals.
00:24:17.05 It's haploid and that haploid pollen tube is stripped of all its epigenetic modifications
00:24:23.11 and expresses over 90% of the transcriptome of the genome of a potential mate before fertilization.
00:24:32.23 And this means that a female plant has the ability to get an unvarnished analysis of
00:24:41.05 the heritable genetic quality of a mate before committing to a fertilization.
00:24:46.17 And this contrasts with what a female animal has to do, who has to make a decision based
00:24:51.21 on the behavior and phenotype of a diploid.
00:24:53.18 And we all know that diploids are liars because they can hide recessive alleles by their diploid
00:24:59.15 state.
00:25:00.15 And this it means that pre-zygotic mate choice in a plant could make mate choice in animals
00:25:06.06 look like a blind date.
00:25:07.24 Now, let's think about, what are the traits that females may be selecting on when they're
00:25:14.09 making this pre-zygotic mate selection?
00:25:17.00 Now, we know that these seeds live in the seed bank for a long period of time, we know
00:25:21.02 that they sit there and wait and they have a circadian clock that tells them to wake
00:25:25.02 up, and listen for, and smell particular cues, and then decide whether or not they're going
00:25:28.08 to either stay dormant or grow again.
00:25:30.24 They're going to stay dormant if there is an unburned vegetation above them that's leaking
00:25:34.15 a bunch of chemicals, particularly terpenoids and abscisic acid.
00:25:38.09 That activates abscisic acid signaling in the seed and it prevents the seeds from germinating
00:25:42.18 -- it keeps them nice and dormant, quiet they're still in that Sleeping Beauty stage.
00:25:46.11 But, if a fire comes along, pyrolyzes all those molecules, creates a bunch of signals
00:25:51.03 that are carotenoids plus some phenolics that stimulate gibberellin signaling, and cause
00:25:56.05 to then. the seeds to then germinate.
00:25:59.13 Now, we wanted to see, what all the traits were that were correlated with those mate
00:26:04.21 selection.
00:26:05.21 And one of the traits that came out in this analysis is that there's a protease inhibitor
00:26:09.09 that I talked about in Part 2 of this series, which is strongly selected for.
00:26:15.15 And the lady from Utah turns out to produce lots of this protease inhibitor and the lady
00:26:19.19 from Arizona turns out to have a nonsense-mediated decay, where this prote. protease inhibitor
00:26:25.11 transcript is degraded and the concentrations are pretty low in seedlings.
00:26:30.01 It's an important defense trait for established seedlings and plants, but we don't really
00:26:35.08 know what this protease inhibitor is doing in the. umm. seed as it lives through
00:26:40.14 the seed bank.
00:26:43.03 What we do know is that if we take. we manipulate protease inhibit production, either from just
00:26:48.12 the natural nonsense-mediated decay of the Utah and Arizona, or by transforming plants.
00:26:54.16 so, we take the Arizona nonsense-mediated decay gene and we remove that from the Arizona
00:26:59.22 plant and replace it with the Utah gene, which works, and we do the opposite, where we silence
00:27:04.18 the Utah gene in the genotype, we get also high and low protease-inhibitor-producing
00:27:09.20 plants, and we take seeds from those, as well as the mate-selected ones, and we bury them
00:27:13.24 in four different places in Utah, and we see that every single time the plants that are
00:27:19.12 producing high levels of protease inhibitor survive better in the seed bank than the ones
00:27:23.18 that are producing low levels of protease inhibitor.
00:27:25.16 Now, we don't really know what this produce inhibitor is doing.
00:27:28.21 And it's probably a complicated process, and it probably also involves another component,
00:27:34.03 which is the third component of this talk, which is the business of acquiring microbiomes.
00:27:39.20 We know that Nicotiana attenuata seeds, when they're created, they're born, they're born
00:27:43.20 sterile.
00:27:44.21 They have no microbiome.
00:27:46.18 But as soon as they germinate and they stick their hypocotyl out into the soil, they start
00:27:51.16 to acquire, from that amazing marketplace of different types of microbes that live in
00:27:57.19 the soils of native places in Utah, they acquire particular individual microbes that they carry
00:28:05.05 with them, they harbor, they feed, they cultivate, and they carry them right on through to the
00:28:09.15 end of their lives.
00:28:10.23 And we know that this is a very robust microbiome.
00:28:13.13 It's a microbiome that's robust to geographic variation, it's robust of mycorrhizal associations,
00:28:19.06 so that that the business of whether or not they're. they're establishing mutualisms
00:28:23.09 with mycorrhizal fungi are not something we've been able to test by using mycorrhizal knockout
00:28:28.04 lines, that you can see in this particular reference listed at the bottom.
00:28:32.09 That doesn't influence the composition of the microbiome.
00:28:35.09 And it's also robust to the defense signaling pathway that I talked about in some detail
00:28:41.12 in Part 2 of this talk, namely the jasmonate defense signaling pathway that's so important
00:28:46.10 for protecting plants against herbivores.
00:28:48.15 If you have defenseless plants, they still have the same microbiome, basically, the same
00:28:52.22 core microbiome in the plants.
00:28:55.03 Now, what is interesting is that there is one phytohormone signaling pathway which dramatically
00:29:01.03 influences the microbiome.
00:29:02.18 And that is the ethylene signaling pathway.
00:29:05.02 And if you take the same two ethylene-abrogated plants that I told you about earlier -- the
00:29:10.16 ethylene deaf plants and ethylene mute plants -- and you do inoculation experiments one
00:29:15.14 at a time with the different natural bacterial species that they acquire, they allow anyone
00:29:21.00 to come in.
00:29:22.00 So, in other words, ethylene signaling basically controls the plants immigration policy for
00:29:27.16 the bacterial microbiome that it. that entails.
00:29:33.11 Now, we know that these bacteria can function in important ways for plant fitness as single
00:29:39.15 bacteria.
00:29:40.15 We know that there's certain bacteria like this Bacillus megaterium that we call V55
00:29:44.10 that plays a very important role in reducing sulfur for the plant when they're sulfur-deficient,
00:29:48.16 and supplying that reduced sulfur in terms of a volatile compound called DMDS that supplies
00:29:54.07 sulfur deficiencies, particularly when the plant is sulfur-deficient because of an overactive
00:29:59.24 Yang cycle, which produces ethylene.
00:30:02.20 And you can read about in those references down there.
00:30:05.03 But plants in the real world don't acquire just one bacterial species they acquire consortia
00:30:12.01 of bacterial species.
00:30:13.13 And we've learned very recently that these consortia of bacteria play a very important
00:30:18.11 role in protecting plants against fungal diseases.
00:30:21.22 The plant, there, on the right, is a plant that does not have its microbiome and is attacked
00:30:26.20 by a native fungal disease of Alternaria and Fusaria, while the one on the left has its
00:30:31.07 native bacterial microbiome and is protected.
00:30:34.17 And what we learned about this process, primarily through an accident. because for almost
00:30:39.11 15 years of planting transgenic plants in Utah, in order to meet APHIS regulations,
00:30:44.13 we have been taking plants that were basically sterile from Germany and planting them into
00:30:49.24 the field site in Utah.
00:30:51.08 And our planting procedure means that the plants were not able to acquire their natural
00:30:56.06 microbiome from the soil until day 33, which is a very long time to be not able to get
00:31:04.02 that very important set of mutualists to you.
00:31:06.12 It's very much like babies who are cesarean-born rather than being vaginally delivered.
00:31:11.21 Cesarean-born babies take a much longer time to acquire their intestinal microbiome that's
00:31:16.12 so important for their immunocompetence.
00:31:19.05 And we were just basically, by planting the plants as sterile out into the field at day
00:31:23.10 33, putting them in a very vulnerable position, which caused them to suffer from this black
00:31:27.09 death disease, and we have a paper in the Proceedings just last year -- Proceedings
00:31:31.09 of the National Academy -- that shows just how effective five bacteria. five native
00:31:37.04 bacteria. and if we just inoculate them at the seedling stage, they're able to protect
00:31:41.13 the plants much more effectively than fungicides and all sorts of cultivation techniques that
00:31:46.14 we've tried that you can read about in that paper if you care about it.
00:31:49.20 Now, we're just beginning to learn about where this microbiome exists and Rakesh Santhanam,
00:31:55.01 who is the genome-enabled field biologist number 52 from the department, who just defended
00:32:01.20 his thesis, has developed some beautiful techniques to visualize these particular microbiomes
00:32:07.03 and, using FISH hybridization techniques, can image exactly where a particular taxa
00:32:13.03 of bacteria is existing on the root surface.
00:32:15.23 And what. what those images are telling us is that they're growing on the root surface
00:32:19.20 and interlacing and interconnecting in sort of diffuse manners and seem to be fed. jij
00:32:24.19 can see these little spots of red or green or blue that are particular taxa of bacteria
00:32:29.22 that are growing at a very particular location. and it looks like they're being fed by complex
00:32:34.12 carbohydrates exuded from the root.
00:32:36.10 So, again, going back to the baby analogy, babies, when they drink mother's breast milk,
00:32:42.14 are very much enhanced in their microbiome, because the breast milk contains very complex
00:32:49.11 carbohydrates that only the beneficial bacteria that are good for the baby's immune system
00:32:53.21 can grow on.
00:32:55.00 That's why breast milk is so good for babies.
00:32:57.12 And we think that, perhaps, roots are doing the same thing -- they're producing complex
00:33:01.03 carbohydrates that are encouraging certain bacterial taxa and not others.
00:33:07.02 This is definitely for the future to go at.
00:33:09.02 So, the take-home message here is that, while it's great to have a genome of this plant,
00:33:15.11 and it's wonderful to be able to see how the various sorts of traits that we've learned
00:33:19.05 are important for the natural history of this plant are embedded in that genome, we can
00:33:23.07 see the signatures of it, it's also clear that we're going to have to be taking much
00:33:27.22 more attention to the attenuata's extended genome, namely that of the microbes that it
00:33:33.24 develops mutualistic associations with that are opportunistic with every time they germinate
00:33:38.15 in the soil.
00:33:40.02 And it should also be clear from what I've told you that there is another way that a
00:33:45.20 plant can solve some of its adaptation constraints.
00:33:49.23 For everybody who grew up learning about evolutionary biology from the new synthesis, we had this
00:33:55.05 particular metaphor of constraints on adaptive fitness for a plant.
00:34:01.15 These are fitness landscapes, where fitness is on the y axis and different combinations
00:34:06.07 of nuclear genes are on the x and z axes, and you can see that there's some particular
00:34:11.02 peaks in those fitness landscapes that selection would drive organisms up to the top of these
00:34:16.10 peaks, but then not be able to traverse those crevasses to other peaks, as a consequence
00:34:21.08 of the genetic constraints in the organism's genome.
00:34:24.23 Well, what I've told you about are two ways in which there may be solutions for organisms
00:34:30.20 to be able to traverse these crevasses.
00:34:33.13 One of them is by adopting a mutualistic association to solve a particular fitness problem, like
00:34:40.02 acquiring a microbiome which allows you to then, you know, become much more resistant
00:34:44.21 to fungi or solve your sulfate reduction problems.
00:34:47.19 And also, if you grow in a genetically diverse population, which is exactly what attenuata
00:34:52.10 does, by. through rapid haploid selection during the mating process, you might be able
00:34:58.02 to acquire their alleles, that allow you to then traverse those crevasses in the adaptive
00:35:03.14 landscape.
00:35:04.14 So, I think there's much to be learned about how an organism that might have a very long
00:35:10.23 life cycle, because of a long dormancy period, is still able to evolve very rapidly, select
00:35:17.11 for alleles that might optimize its fitness, and select for microbiomes that allow it to
00:35:22.01 short-circuit some of the genetic constraints.
00:35:23.21 So, when you have a plant that grows in populations that are very, very genetically diverse, because
00:35:30.00 when fires swing through they recruit seed banks that are not only last year's seeds,
00:35:35.16 but also seeds from 10 years ago and 100 years ago, you have a lot of diversity there, and
00:35:40.23 if you can select that out, the best alleles out of those very diverse populations, through
00:35:45.22 the mating process, you may be able to optimize your fitness for the long haul.
00:35:52.15 And another point I wanted to make is that I've told you that ethylene signaling plays
00:35:56.17 an important role for harmonizing a plant's phenotype with the environment -- that's something
00:36:00.16 lots of people know.
00:36:01.17 I've also told you that ethylene signaling plays an important role in recruiting the
00:36:05.04 microbiome that's important for the opprotu. for the opportunistic mutualisms.
00:36:09.02 And, also, ethylene signaling plays an important role in the mate selection process.
00:36:13.12 So, a lot of our laboratory's future research will be to understand the role that ethylene
00:36:19.13 signaling plays in this rapid adaptation process.
00:36:23.22 So, I've now come to the end of Part 3 and I hope that the main take-home message of
00:36:31.22 these. these three-part talks is how wonderful it is to be a biologist in this particular
00:36:38.17 time, how wonderful it is to be a genome-enabled field biologist.
00:36:42.13 That allows you to utilize all the amazing molecular and chemical techniques that we
00:36:50.04 can use to manipulate phenotypes at a time when we still have some interesting natural
00:36:55.09 history left on the planet to explore.
00:36:58.16 Thank you for your attention.
00:36:59.20 And I also want to thank all the people who of course fund this work, Brigham Young University
00:37:04.17 particularly for the use of their nature preserve, where we do the releases, for all the many
00:37:09.22 talented photographers who have provided photographs for these talks, and particularly
00:37:14.12 Gundega Lapina, who has done an enormous help in supporting the production of this. of these talks.
00:37:20.09 And for all the scientists in the group who have provided some unpublished data that I've
00:37:24.11 talked about.
00:37:25.11 Thank you for your attention.

  • Part 1: A Short Biased History of an Interdisciplinary Field

Insectenetende planten

Figure 3. A Venus flytrap has specialized leaves to trap insects. (credit: “Selena N. B. H.”/Flickr)

Een insecteneter plant heeft gespecialiseerde bladeren om insecten aan te trekken en te verteren. De Flytrap van Venus staat in de volksmond bekend om zijn insectenetende voedingswijze en heeft bladeren die als vallen werken (Figuur 3).

De mineralen die het van prooien verkrijgt, compenseren de mineralen die ontbreken in de drassige (lage pH) grond van de inheemse kustvlakten van North Carolina. Er zijn drie gevoelige haren in het midden van elke helft van elk blad. De randen van elk blad zijn bedekt met lange stekels. Door de plant afgescheiden nectar trekt vliegen naar het blad. Wanneer een vlieg de sensorische haren aanraakt, sluit het blad zich onmiddellijk. Vervolgens breken vloeistoffen en enzymen de prooi af en worden mineralen door het blad opgenomen. Omdat deze plant populair is in de tuinbouw, wordt hij in zijn oorspronkelijke habitat bedreigd.


11.15: Autotrophic Plants - Biology

Plants obtain food in two different ways. Autotrophic plants can make their own food from inorganic raw materials, such as carbon dioxide and water, through photosynthesis in the presence of sunlight. Green plants are included in this group. Some plants, however, are heterotrophic: they are totally parasitic and lacking in chlorophyll. These plants, referred to as holo-parasitic plants, are unable to synthesize organic carbon and draw all of their nutrients from the host plant.

Plants may also enlist the help of microbial partners in nutrient acquisition. Particular species of bacteria and fungi have evolved along with certain plants to create a mutualistic symbiotic relationship with roots. This improves the nutrition of both the plant and the microbe. The formation of nodules in legume plants and mycorrhization can be considered among the nutritional adaptations of plants. However, these are not the only type of adaptations that we may find many plants have other adaptations that allow them to thrive under specific conditions.


Autotrophic Bacteria

Next we have the tiny organisms called bacteria. Like plants and algae, autotrophic bacteria can also gain energy from their surroundings. Let’s examine three tiny bacteria autotrophs.

[caption align=“aligncenter” width=“600”] Cyanobacteria[/caption]

cyanobacteriën Probably one of the most important types of bacteria, cyanobacteria are known to be aquatic and live in large colonies. Cyanobacteria contribute a lot to our planet. For example, Earth’s oxygen is mainly composed from vast amounts of cyanobacteria. Even more interesting is that cyanobacteria also contributes to the development of plants. The chloroplast in plants are actually individual cyanobacterium that are living in a plant’s cell. Without cyanobacteria it’s doubtful we would be able to survive! Green and Purple Sulfur Bacteria Next we have green and purple sulfur bacteria. Green sulfur is often a light greenish color, while purple sulfur is purple or reddish brown. The interesting thing about these two bacteria is that instead of using water to help make their own food, they instead use H2S. Taking this substitute, green and purple sulfur bacteria oxidize the H2S into sulfate so they can use it to make food. These two bacteria are best friends when it comes to living with each other, as they usually coexist in aquatic environments. From odd plants, colorful algae, and mysterious bacteria, it is amazing how living things can thrive in our world.


Bekijk de video: Groei van Planten havovwo 1 Nectar (December 2021).