Search

Root parasitic plant species such as broomrapes (Orobanche and Phelipanche spp.) and witchweeds (Striga spp.) are notorious agricultural weeds. They cause damage to crops by depriving them of water, nutrients and assimilates via a vascular connection. The difficulty in controlling root parasitic weeds is largely due to their intricate lifecycle and partially underground lifestyle. Their life cycle includes processes such as germination of the seed, the formation of the vascular connection with the host, the growth and development of the parasite after attachment and the emergence of shoots and flowers aboveground. The germination of many parasitic plants is induced by strigolactones that were recently shown to also be signalling compounds that stimulate mycorrhizal symbiosis. In addition, in the past few years, their role in plant development and plant defense has been established revealing them as a new class of plant hormones that exert their function likely in interaction with other hormones.

Bespuitingen met de bladmeststof ATS zijn al meer dan tien jaar een door veel fruittelers toegepaste teelthandeling om de vruchtzetting bij appel te beperken. Vooral bij uitbundig bloeiende bomen kunnen telers bij een juist toepassingsmoment de vruchtzetting verkleinen. Later is dan minder chemische vruchtdunning en arbeidsintensieve handdunning nodig. Recent onderzoek van WUR/PPO Fruit wijst uit dat de huidige wijze van vruchtdunning aangepast dient te worden.

Auxin is a plant hormone that triggers a broad variety of responses during plant development. These responses range from correct cell division patterns during embryogenesis to formation and growth of different organs. Due to its importance for plant growth and development, many aspects of the biology of auxin have been studied. In Chapter 2, we use Arabidopsis embryogenesis as a stage to describe generalities about its biosynthesis, transport, components of its signaling pathway and transcriptional control of some know target genes. As most of the players involved in transcriptional regulation in response to auxin have been identified, the question of how the same signal can elicit so many different responses remains open. In this thesis we approach this issue by focusing on the ultimate effectors of the auxin signaling pathway: the ARF family of transcription factors. In Chapter 3 we present the crystal structure of the DNA binding Domain (DBD) of two divergent members of the family: ARF1 and ARF5. Careful observation of the structures, followed by in vitro and in vivo experiments led to the following conclusions: 1) ARF DBDs dimerize through a conserved alpha-helix, and bind cooperatively to an inverted repeat of the canonical TGTCTC AuxRE. Dimerization of this domain is important for high-affinity DNA binding and in vivo activity. 2) Monomeric ARFs have the same binding preference for the DNA sequence TGTCGG (determined by protein binding microarray). 3) DNA-contacting residues are almost completely conserved within the ARF family members. 4) The distance between the AuxREs may play a role for binding of specific ARF dimers as for example, ARF5 can accommodate and bind to different spacing (6-9 bp) compared to ARF1 which is more rigid (7-8 bp). In Chapter 4 we follow up on the observations made. First we again used structural biology to determine the reason of the high binding affinity to the TGTCGG sequence compared to the previously identified canonical TGTCTC element. We found that in complex with TGTCGG, His137 (ARF1) could rotate and make hydrogen bonds with either G5 or G6, as well as a hydrogen bond with the C opposing to G6. This rotation is not possible when in complex with TGTCTC and there the same histidine can make only one hydrogen bond with the G opposing to C6. We conclude then that this histidine plays a role in determining the strength of binding to TGTCNN elements and that this also reflects in its specific transcriptional activity as mutating the corresponding histidine in ARF5 renders a semi-functional protein in vivo (Chapter 3). The next observation we followed up in Chapter 4 is the biological meaning of ARF DBDcooperative binding to DNA. We identified AuxRE inverted repeats (IR) in the promoter of the TMO5 gene and mutated them. This brought the expression of the gene to very low levels despite the presence of other multiple single AuxREs. Thus, the single inverted AuxRE repeat in the TMO5 promoter is essential for ARF5 binding and gene regulation. Importantly, mutating only a single AuxRE element within the inverted repeat led to very pronounced loss of activity, consistent with requirement of both AuxRE sites for high-affinity ARF5 binding. We then concluded that IR AuxREs have a significant effect in gene regulation by ARFs. Next we search the genome for bipartite AuxREs that correlated to auxin response and found two main elements: inverted repeat with 8 bases of spacing (IR8) and direct repeat with 5 bases of spacing (DR5). As this kind of bipartite AuxREs are rarer to find than single AuxREs, we tested their presence in promoters as predictors of auxin responsiveness by qPCR. We found that about 75% of the selected genes containing either IR8 or DR5 responded to auxin. The expression study also show that genes containing the DR5 sequence were only up-regulated when regulated. Interestingly, Surface Plasmon Resonance study showed that only class A (activator) ARFs can bind the DR5 sequence cooperatively. As the structural differences of ARFs DBDs are subtle, we then asked if specific gene targeting is determined by this domain alone. In Chapter 5 we used a DBD swap experiment and conclude that the DBD is necessary for specific gene targeting but not sufficient and the other domains of an ARF also contribute in its specific activity. In Chapter 5 we expand our focus from the DBD to the other ARF domains, Middle Region (MR) and C-terminal (CT). As ARFs have protein-protein interaction interfaces in all three domains, we expressed the isolated domains of ARF5 and perform immuno-precipitation followed by tandem mass-spectrometry. Although the procedure needs optimization, some interactions expected for each domain could be identified. The DBD showed to interact with the general transcription machinery and the CT could interact with another ARF and 3 Aux/IAA. These interactions seem to be specific as the Aux/IAA recovered are not the most abundant in the sampled tissue. Finally, in Chapter 6 all the obtained results are put in a broader context and new questions derived from our results are proposed.

Alternatives to growth inhibitors for pot plants are welcome. Scientific research points to cultivation practises that can inhibit growth. These offer possibilities where breeding fails to provide a solution.

Under appropriate tissue culture conditions, somatic plant cells can be induced to form embryos in a process called somatic embryogenesis (SE). SE provides a way to clonally propagate desirable plants and is therefore an important plant breeding tool. SE has also fascinated scientists for decades as an expression of plant ‘totipotency’, the ability to regenerate a whole new individual through embryogenesis. This thesis aims to obtain a deeper understanding of somatic embryo induction in Arabidopsis by the transcription factor BABY BOOM (BBM), through identification and functional analysis of BBM-binding proteins and BBM target genes. Chapter 1 introduces the concept of somatic embryogenesis, describes the different SE systems in Arabidopsis, and discusses the role of the plant hormone auxin and chromatin modifying proteins in this process. An overview is presented on the current knowledge on SE-induction through ectopic overexpression of certain transcription factor genes. These include BBM, as well as other genes that are studied in this thesis in relation to BBM. BBM is part of the eight member AIL subfamily of AP2/ERF domain transcription factors. Chapter 2 reviews the role of AIL proteins during embryogenesis, stem cell niche specification, meristem maintenance and organ positioning and growth. We summarize the gene regulatory networks in which AILs function and describe how these transcription factors integrate multiple hormonal inputs, with special emphasis on the interactions between AILs and auxin. Finally, we conclude that although the functions of AILs in plant development are well described, knowledge on the molecular mode of action of AIL proteins and the identity of AIL target genes is still limited. Transcription factors function in protein complexes and in Chapter 3 we show that members of the HOMEODOMAIN GLABROUS (HDG) transcription factor family physically interact with BBM and other AILs. HDG genes are expressed in the epidermis, the outer cell layer of the plant, where they promote differentiation of cells into specialized epidermal cell types, such as trichomes or stomata. We show that ectopic overexpression of HDG1 leads to loss of root and shoot meristems, phenotypes that had previously been reported for loss-of-function ail mutants. Conversely, down-regulation of HDG genes led to reduced cell differentiation, enhanced cell proliferation and SE phenotypes, phenotypes that resemble those found in AIL overexpression lines. Moreover, we found that co-overexpression of BBM and HDG1 reduces the overexpression phenotypes of both proteins. These results suggest opposite functions of AIL and HDG transcription factors, with AILs stimulating cell proliferation and HDGs stimulating cell differentiation, with the ratio between the two proteins determining the developmental outcome. Finally, we show that HDGs and AILs regulate each other on a transcriptional level and that they share common target genes. A variety of AIL overexpression phenotypes has been described in the literature, with BBM and PLT5/AIL5 being the only known AILs that induce SE upon overexpression. We show in Chapter 4 that all AIL proteins except AIL1 and ANT are able to induce SE, but that this phenotype relies on a high AIL protein dosage. Using BBM and PLT2 as AIL representatives, we show that an intermediate AIL concentration induces organogenesis (ectopic root and shoot formation) and that a low concentration inhibits cellular differentiation. In addition, we show that BBM and PLT2 induce direct SE when activated at seed germination, while post-germination activation leads to indirect SE from callus. The LEAFY COTYLEDON (LEC)/LAFL genes, which also encode SE-inducing transcription factors, are direct targets of BBM/PLT2 during direct SE, showing that these two SE pathways are linked. Using LAFL gene mutants, we show that the LAFL pathway is an important downstream component of BBM-mediated SE. Chapter 5 presents the in vivo, genome-wide analysis of BBM DNA binding sites in somatic embryos using chromatin immunoprecipitation followed by sequencing (ChIP-seq). Our ChIP-seq and gene expression analysis reveal that BBM binds and positively regulates auxin biosynthesis genes and the recently discovered positive regulators of SE, the AT-HOOK MOTIF CONTAINING NUCLEAR LOCALIZED (AHL) genes. Knock-out of either pathway reduced BBM-mediated SE, showing that auxin biosynthesis and the AHL genes are important components of the BBM pathway. We also show that BBM binds to a consensus DNA motif that resembles the reported ANT binding motif. Chapter 6 reviews methods for identifying the direct target genes of a plant transcription factor using microarrays, as was done for HDG1 (Chapter 4). We describe which different systems can be used to control transcription factor activity, and how these can be combined with microarray analysis to identify target genes. In addition, we provide guidelines for the statistical analysis of microarray data and for the confirmation of candidate target genes. In plant biology, protein-protein interactions are often studied using bimolecular fluorescence complementation (BiFC) or split-YFP. In my BBM-HDG interaction studies I encountered problems using this method, which lead to the cautionary note on the use of BiFC presented in Chapter 7. BiFC is based on the restoration of fluorescence after the two non-fluorescent halves of a fluorescent protein are brought together by a protein-protein interaction event. However, because the fluorescent protein halves are prone to self-assembly, it is crucial to use proper controls and a quantitative read-out of fluorescence to avoid false positive interactions. We present a guideline for the setup of a BiFC experiment, discussing each step in the protocol. Chapter 8 discusses how the results presented in this thesis contribute to our knowledge on AIL transcription factors and somatic embryo induction, as well as the questions that still remain. An extended model of dose-dependent AIL function is proposed, as well as mechanisms by which the AIL-HDG interaction could function at the molecular level. Finally, an overview is provided of the molecular-genetic intersection between the different transcription factor-induced SE pathways.

Under appropriate tissue culture conditions, somatic plant cells can be induced to form embryos in a process called somatic embryogenesis (SE). SE provides a way to clonally propagate desirable plants and is therefore an important plant breeding tool. SE has also fascinated scientists for decades as an expression of plant ‘totipotency’, the ability to regenerate a whole new individual through embryogenesis. This thesis aims to obtain a deeper understanding of somatic embryo induction in Arabidopsis by the transcription factor BABY BOOM (BBM), through identification and functional analysis of BBM-binding proteins and BBM target genes. Chapter 1 introduces the concept of somatic embryogenesis, describes the different SE systems in Arabidopsis, and discusses the role of the plant hormone auxin and chromatin modifying proteins in this process. An overview is presented on the current knowledge on SE-induction through ectopic overexpression of certain transcription factor genes. These include BBM, as well as other genes that are studied in this thesis in relation to BBM. BBM is part of the eight member AIL subfamily of AP2/ERF domain transcription factors. Chapter 2 reviews the role of AIL proteins during embryogenesis, stem cell niche specification, meristem maintenance and organ positioning and growth. We summarize the gene regulatory networks in which AILs function and describe how these transcription factors integrate multiple hormonal inputs, with special emphasis on the interactions between AILs and auxin. Finally, we conclude that although the functions of AILs in plant development are well described, knowledge on the molecular mode of action of AIL proteins and the identity of AIL target genes is still limited. Transcription factors function in protein complexes and in Chapter 3 we show that members of the HOMEODOMAIN GLABROUS (HDG) transcription factor family physically interact with BBM and other AILs. HDG genes are expressed in the epidermis, the outer cell layer of the plant, where they promote differentiation of cells into specialized epidermal cell types, such as trichomes or stomata. We show that ectopic overexpression of HDG1 leads to loss of root and shoot meristems, phenotypes that had previously been reported for loss-of-function ail mutants. Conversely, down-regulation of HDG genes led to reduced cell differentiation, enhanced cell proliferation and SE phenotypes, phenotypes that resemble those found in AIL overexpression lines. Moreover, we found that co-overexpression of BBM and HDG1 reduces the overexpression phenotypes of both proteins. These results suggest opposite functions of AIL and HDG transcription factors, with AILs stimulating cell proliferation and HDGs stimulating cell differentiation, with the ratio between the two proteins determining the developmental outcome. Finally, we show that HDGs and AILs regulate each other on a transcriptional level and that they share common target genes. A variety of AIL overexpression phenotypes has been described in the literature, with BBM and PLT5/AIL5 being the only known AILs that induce SE upon overexpression. We show in Chapter 4 that all AIL proteins except AIL1 and ANT are able to induce SE, but that this phenotype relies on a high AIL protein dosage. Using BBM and PLT2 as AIL representatives, we show that an intermediate AIL concentration induces organogenesis (ectopic root and shoot formation) and that a low concentration inhibits cellular differentiation. In addition, we show that BBM and PLT2 induce direct SE when activated at seed germination, while post-germination activation leads to indirect SE from callus. The LEAFY COTYLEDON (LEC)/LAFL genes, which also encode SE-inducing transcription factors, are direct targets of BBM/PLT2 during direct SE, showing that these two SE pathways are linked. Using LAFL gene mutants, we show that the LAFL pathway is an important downstream component of BBM-mediated SE. Chapter 5 presents the in vivo, genome-wide analysis of BBM DNA binding sites in somatic embryos using chromatin immunoprecipitation followed by sequencing (ChIP-seq). Our ChIP-seq and gene expression analysis reveal that BBM binds and positively regulates auxin biosynthesis genes and the recently discovered positive regulators of SE, the AT-HOOK MOTIF CONTAINING NUCLEAR LOCALIZED (AHL) genes. Knock-out of either pathway reduced BBM-mediated SE, showing that auxin biosynthesis and the AHL genes are important components of the BBM pathway. We also show that BBM binds to a consensus DNA motif that resembles the reported ANT binding motif. Chapter 6 reviews methods for identifying the direct target genes of a plant transcription factor using microarrays, as was done for HDG1 (Chapter 4). We describe which different systems can be used to control transcription factor activity, and how these can be combined with microarray analysis to identify target genes. In addition, we provide guidelines for the statistical analysis of microarray data and for the confirmation of candidate target genes. In plant biology, protein-protein interactions are often studied using bimolecular fluorescence complementation (BiFC) or split-YFP. In my BBM-HDG interaction studies I encountered problems using this method, which lead to the cautionary note on the use of BiFC presented in Chapter 7. BiFC is based on the restoration of fluorescence after the two non-fluorescent halves of a fluorescent protein are brought together by a protein-protein interaction event. However, because the fluorescent protein halves are prone to self-assembly, it is crucial to use proper controls and a quantitative read-out of fluorescence to avoid false positive interactions. We present a guideline for the setup of a BiFC experiment, discussing each step in the protocol. Chapter 8 discusses how the results presented in this thesis contribute to our knowledge on AIL transcription factors and somatic embryo induction, as well as the questions that still remain. An extended model of dose-dependent AIL function is proposed, as well as mechanisms by which the AIL-HDG interaction could function at the molecular level. Finally, an overview is provided of the molecular-genetic intersection between the different transcription factor-induced SE pathways.

Vroeger was het simpel: er zijn vijf groepen plantenhormonen en dat is het. Maar het ligt veel ingewikkelder. Naarmate het inzicht groeit, wordt de lijst van hormonen langer. Opvallend veel daarvan zijn betrokken bij weerstand tegen stress, ziekten en plagen. Daar kan de tuinbouw in de toekomst wellicht voordeel bij hebben.

Abiotic stresses are the primary cause of crop failure worldwide, reducing average yields by more than 50%. Among the various forms of abiotic stress, drought is the most limiting factor for rice productivity. Drought affects about 20% of the total rice cultivation area in Asia. Understanding the various aspects of drought stress, the response and resistance mechanisms in relation to plant growth is therefore of fundamental importance to improve sustainable agriculture. Drought tolerance is usually controlled by complex gene networks and engineering of a single gene is unlikely to improve this trait. However, altering the expression of Transcription Factors (TFs) may be a tool for improvement of drought tolerance since they have been shown to activate the expression of multiple genes in a coordinated manner and they are therefore attractive and promising targets for application in molecular breeding or genetic engineering. In addition, studies on TFs will improve our understanding of the physiological and molecular mechanisms of drought tolerance. The overall objective of the work presented in this thesis was to get more detailed insight in the molecular regulation of drought tolerance in rice, with a particular focus on the role of TFs of the homeobox class and two groups of plant hormones, abscisic acid and strigolactones. In Chapter 2, I described the isolation and characterisation of the rice Oshox22 gene which is an homeobox gene of the HD-Zip I family. I showed that the expression of Oshox22 is strongly induced by salt stress, abscisic acid (ABA) and polyethylene glycol (PEG) treatment, and weakly by cold stress. Trans-activation assays in yeast and transient expression analyses in rice protoplasts demonstrated that Oshox22 is able to bind to the CAAT(G/C)ATTG element and acts as a transcriptional activator that requires both the HD and Zip domains. Rice plants homozygous for a T-DNA insertion in the promoter region of Oshox22 showedreduced Oshox22 expression and ABA content, decreased sensitivity to ABA, and enhanced tolerance to drought and salt stress in the seedling stage. In contrast, transgenic rice over-expressing Oshox22 showed increased sensitivity to ABA, increased ABA content, and decreased drought and salt tolerances. These results support the conclusion that Oshox22 acts as a negative regulator in stress response. Since reporter gene studies in yeast and rice cells suggested that Oshox22 acts as a transcriptional activator, its function as a negative regulator in stress responses might be explained via activation of other repressors. As Oshox22 is highly expressed in developing panicles and grains, in Chapter 4 I investigated the role of Oshox22 in controlling grain length (GL) in rice. We found a stable quantitative trait locus (QTL) for GL on this position in four mapping populations. Sequence analysis of Oshox22 in rice cultivars Bala, Azucena and Nipponbare revealed an extra A base in the Azucena promoter, which is a long grain type rice. Using a PCR-based insertion/deletion (InDel) CAPS maker assay in rice populations and collections, I found an association between the A InDel in the Oshox22 promoter with GL. Furthermore, expression of Oshox22 under the control of a promoterwith the A InDelin Zhonghua 11 (which does not have the A InDel) resulted in a significant increase in GL in Zhongua 11. Scanning electron microscopy revealed that the enhanced GL was caused by an increased cell length in the inner epidermal cells of the lemma. In addition, the data show that there is a tendency for lower expression of Oshox22 when GL increases which would suggest that Oshox22 functions as a repressor of GL.These findings suggest that natural variation in the Oshox22 promoter can be exploited in breeding programmes to modify GL using molecular marker-assisted selection. However, the exact mechanism of regulation of GL by Oshox22 is still not clear. Since Oshox22 is a homeobox gene, it will exert its function via regulation of downstream target genes which we do not know yet. Therefore, more research is needed to elucidate the genetic and biochemical pathways to understand the molecular mechanisms underlying rice GL development and to determine if there are interactions with other known regulators of GL. The strigolactones are a relatively new class of plant hormones and a possible role in drought tolerance is unknown. In Chapter 4 of this thesis, I reviewed the various roles that strigolactones (SLs) play both in the rhizosphere and as endogenous plant hormone. In addition, the current knowledge on the SL biosynthetic and downstream signalling pathways and the interactions of SLs with other plant hormones, such as ABA, is described. It has been reported that there seems to be a functional link between ABA and SLs but the mechanism of that link remained unknown. In Chapter 5, I studied the intimate relationship between ABA and SL biosynthesis through the further characterisation of β-carotene isomerase D27 in rice. The results show that the ABA content was increased in SL-deficient and -insensitive dwarf (d) rice mutants, d10, d17 and d3 compared with wild type, while it was reduced in d27. In addition, this difference was significantly enhanced by exposure to drought. Interestingly, as a consequence of their enhanced ABA levels, d10, d17 and d3 plants displayed an increased tolerance to drought compared with wild-type plants, while the ABA deficient d27 plants were more drought sensitive. Transient over-expression of OsD27 in Nicotiana benthamianaenhanced both ABA and SL production. However, constitutive over-expression of OsD27 in rice plants showed no significant changes in ABA and SL levelsunder normal conditions. Still, OsD27 over-expression did result in higher SL levels, compared with wild-type plants, under phosphate starvation. This suggests that likewise, OsD27over-expression may only result in increased ABA levels during drought stress conditions. I concluded that the OsD27 gene is involved in SL as well as ABA biosynthesis, and that, depending on the environmental conditions, the expression of the more downstream SL and ABA specific biosynthetic genes determines which of the two and how much is being produced. In Chapter 6, I discussed the main findings of this thesis and presented the future perspective of how the knowledge generated in this thesis can contribute to the improvement of drought tolerance and GL in rice.

Plantencellen blijken zich volgens een simpele regel in tweeën te delen; dit gebeurt in het midden, maar wel met een zo klein mogelijk deelvlak. Dit inzicht helpt te verklaren hoe planten hun definitieve vorm krijgen. Opvallend genoeg blijken cellen deze regel ook te overtreden.

Abiotic stresses are the primary cause of crop failure worldwide, reducing average yields by more than 50%. Among the various forms of abiotic stress, drought is the most limiting factor for rice productivity. Drought affects about 20% of the total rice cultivation area in Asia. Understanding the various aspects of drought stress, the response and resistance mechanisms in relation to plant growth is therefore of fundamental importance to improve sustainable agriculture. Drought tolerance is usually controlled by complex gene networks and engineering of a single gene is unlikely to improve this trait. However, altering the expression of Transcription Factors (TFs) may be a tool for improvement of drought tolerance since they have been shown to activate the expression of multiple genes in a coordinated manner and they are therefore attractive and promising targets for application in molecular breeding or genetic engineering. In addition, studies on TFs will improve our understanding of the physiological and molecular mechanisms of drought tolerance. The overall objective of the work presented in this thesis was to get more detailed insight in the molecular regulation of drought tolerance in rice, with a particular focus on the role of TFs of the homeobox class and two groups of plant hormones, abscisic acid and strigolactones. In Chapter 2, I described the isolation and characterisation of the rice Oshox22 gene which is an homeobox gene of the HD-Zip I family. I showed that the expression of Oshox22 is strongly induced by salt stress, abscisic acid (ABA) and polyethylene glycol (PEG) treatment, and weakly by cold stress. Trans-activation assays in yeast and transient expression analyses in rice protoplasts demonstrated that Oshox22 is able to bind to the CAAT(G/C)ATTG element and acts as a transcriptional activator that requires both the HD and Zip domains. Rice plants homozygous for a T-DNA insertion in the promoter region of Oshox22 showedreduced Oshox22 expression and ABA content, decreased sensitivity to ABA, and enhanced tolerance to drought and salt stress in the seedling stage. In contrast, transgenic rice over-expressing Oshox22 showed increased sensitivity to ABA, increased ABA content, and decreased drought and salt tolerances. These results support the conclusion that Oshox22 acts as a negative regulator in stress response. Since reporter gene studies in yeast and rice cells suggested that Oshox22 acts as a transcriptional activator, its function as a negative regulator in stress responses might be explained via activation of other repressors. As Oshox22 is highly expressed in developing panicles and grains, in Chapter 4 I investigated the role of Oshox22 in controlling grain length (GL) in rice. We found a stable quantitative trait locus (QTL) for GL on this position in four mapping populations. Sequence analysis of Oshox22 in rice cultivars Bala, Azucena and Nipponbare revealed an extra A base in the Azucena promoter, which is a long grain type rice. Using a PCR-based insertion/deletion (InDel) CAPS maker assay in rice populations and collections, I found an association between the A InDel in the Oshox22 promoter with GL. Furthermore, expression of Oshox22 under the control of a promoterwith the A InDelin Zhonghua 11 (which does not have the A InDel) resulted in a significant increase in GL in Zhongua 11. Scanning electron microscopy revealed that the enhanced GL was caused by an increased cell length in the inner epidermal cells of the lemma. In addition, the data show that there is a tendency for lower expression of Oshox22 when GL increases which would suggest that Oshox22 functions as a repressor of GL.These findings suggest that natural variation in the Oshox22 promoter can be exploited in breeding programmes to modify GL using molecular marker-assisted selection. However, the exact mechanism of regulation of GL by Oshox22 is still not clear. Since Oshox22 is a homeobox gene, it will exert its function via regulation of downstream target genes which we do not know yet. Therefore, more research is needed to elucidate the genetic and biochemical pathways to understand the molecular mechanisms underlying rice GL development and to determine if there are interactions with other known regulators of GL. The strigolactones are a relatively new class of plant hormones and a possible role in drought tolerance is unknown. In Chapter 4 of this thesis, I reviewed the various roles that strigolactones (SLs) play both in the rhizosphere and as endogenous plant hormone. In addition, the current knowledge on the SL biosynthetic and downstream signalling pathways and the interactions of SLs with other plant hormones, such as ABA, is described. It has been reported that there seems to be a functional link between ABA and SLs but the mechanism of that link remained unknown. In Chapter 5, I studied the intimate relationship between ABA and SL biosynthesis through the further characterisation of β-carotene isomerase D27 in rice. The results show that the ABA content was increased in SL-deficient and -insensitive dwarf (d) rice mutants, d10, d17 and d3 compared with wild type, while it was reduced in d27. In addition, this difference was significantly enhanced by exposure to drought. Interestingly, as a consequence of their enhanced ABA levels, d10, d17 and d3 plants displayed an increased tolerance to drought compared with wild-type plants, while the ABA deficient d27 plants were more drought sensitive. Transient over-expression of OsD27 in Nicotiana benthamianaenhanced both ABA and SL production. However, constitutive over-expression of OsD27 in rice plants showed no significant changes in ABA and SL levelsunder normal conditions. Still, OsD27 over-expression did result in higher SL levels, compared with wild-type plants, under phosphate starvation. This suggests that likewise, OsD27over-expression may only result in increased ABA levels during drought stress conditions. I concluded that the OsD27 gene is involved in SL as well as ABA biosynthesis, and that, depending on the environmental conditions, the expression of the more downstream SL and ABA specific biosynthetic genes determines which of the two and how much is being produced. In Chapter 6, I discussed the main findings of this thesis and presented the future perspective of how the knowledge generated in this thesis can contribute to the improvement of drought tolerance and GL in rice.

In proeven van het PPO in 1999 en 2000 werden de effecten onderzocht van dosering en toepassingstijdstip van groeiregulator Moddus op de legering en de zaadopbrengst van verschillende rassen Engels raaigras. Ook het effect van een verhoogde stikstofbemesting werd in de proeven meegenomen

Alternatives to growth inhibitors for pot plants are welcome. Scientific research points to cultivation practises that can inhibit growth. These offer possibilities where breeding fails to provide a solution.

Bespuitingen met de bladmeststof ATS zijn al meer dan tien jaar een door veel fruittelers toegepaste teelthandeling om de vruchtzetting bij appel te beperken. Vooral bij uitbundig bloeiende bomen kunnen telers bij een juist toepassingsmoment de vruchtzetting verkleinen. Later is dan minder chemische vruchtdunning en arbeidsintensieve handdunning nodig. Recent onderzoek van WUR/PPO Fruit wijst uit dat de huidige wijze van vruchtdunning aangepast dient te worden.

De arbeidsbehoefte van vruchtboom scheuttoppen spuiten is te hoog omdat iedere scheuttop individueel handmatig bespoten moet worden. De oorzaak hiervan ligt in de tijdigheid van de bespuitingen, en in de benodigde accuratesse. Door de tijdigheid en de accuratesse is de benodigde effectiviteit van de bespuitingen in gevaar. In de gewenste situatie worden alle vruchtbomen accuraat en op tijd bespoten. In dit project werd succesvol een geautomatiseerde sensorgerichte spuitunit voor de productie van vruchtbomen ontworpen. Het automatisch herkennen en precies bespuiten van de scheuttop is op dit moment realistisch en haalbaar voor praktijkonderzoek en implementatie in de vruchtboomkwekerij. Huidige sensoren bieden na implementatie in de vruchtboomkwekerij de mogelijkheid de bespuitingen gericht en precies gedoseerd en vergaand gemechaniseerd uit te voeren. Daarmee wordt flink bespaard op arbeid en wordt de snelheid van werkgangen vergroot.

Auxin is a phytohormone that is crucial for many aspects of plant development. The processes in which this hormone has been implicated span from embryo development to flower transition, defense, tropic responses, and many other processes during plant life. A key question in auxin biology is how this molecule is able to elicit such diverse responses. Auxin regulates the transcriptional activation or repression of genes through the AUXIN RESPONSE FACTOR (ARF) family of transcription factors. In my studies I focus in the ARF transcription factors as a likely source of variation in output specificity. We consider three levels at which ARFs differ. First, ARFs differ in their ability to interact with different Aux/IAA (antagonistic family of transcription factors), or to form homo- or heterodimers. Second, ARFs assemble into different protein complexes, transcription factors interact with other transcriptional regulators or other proteins to form transcription complexes. These, when different, may contribute to different functions of ARF complexes. Thirdly, ARFs bind to and regulate different target genes. My work offers a plausible explanation how specific auxin responses are generated and through which genes the developmental responses to auxin are generated.

Vroeger was het simpel: er zijn vijf groepen plantenhormonen en dat is het. Maar het ligt veel ingewikkelder. Naarmate het inzicht groeit, wordt de lijst van hormonen langer. Opvallend veel daarvan zijn betrokken bij weerstand tegen stress, ziekten en plagen. Daar kan de tuinbouw in de toekomst wellicht voordeel bij hebben.

De effectiviteit waarmee ATS de vruchtzetting vermindert neemt af met de tijd tussen bestuiving en ATS bespuiting en vertoont een zeer goede relatie met de via het pollenbuisgroeimodel berekende groei van de pollenbuis vanaf de stempel naar het vruchtbeginsel. Bij 50% pollenbuisgroei is de remmende werking van ATS op de vruchtzetting verminderd tot circa 50%. Bij bomen met grote aantallen bloemclusters, waarbij het streven is om appels te laten groeien uit de koningsbloem van ieder cluster, is de aanbeveling om de bloeiontwikkeling en bestuiving door bijen en andere insecten nauwkeurig te volgen. Op basis van het pollenbuisgroeimodel dient de eerste ATS- bespuiting dan uitgevoerd te worden zodra de pollenbuisgroei van het gewenste aantal geopende koningsbloemen, inclusief de gewenste marge, dat nodig is om het streefdrachtniveau van de boom te bereiken volgens het model op 50 tot 80% uitkomt. Met herhaalde bespuiten moet daarna de vruchtzetting van later opengaande bloemen zo volledig mogelijk worden voorkomen. Dit is eerder dan in de thans gangbare strategie gebruikelijk is en waarbij de eerste bespuiting 1 dag na volle bloei wordt uitgevoerd.

Auxin is a phytohormone that is crucial for many aspects of plant development. The processes in which this hormone has been implicated span from embryo development to flower transition, defense, tropic responses, and many other processes during plant life. A key question in auxin biology is how this molecule is able to elicit such diverse responses. Auxin regulates the transcriptional activation or repression of genes through the AUXIN RESPONSE FACTOR (ARF) family of transcription factors. In my studies I focus in the ARF transcription factors as a likely source of variation in output specificity. We consider three levels at which ARFs differ. First, ARFs differ in their ability to interact with different Aux/IAA (antagonistic family of transcription factors), or to form homo- or heterodimers. Second, ARFs assemble into different protein complexes, transcription factors interact with other transcriptional regulators or other proteins to form transcription complexes. These, when different, may contribute to different functions of ARF complexes. Thirdly, ARFs bind to and regulate different target genes. My work offers a plausible explanation how specific auxin responses are generated and through which genes the developmental responses to auxin are generated.

De opkweeksector stelt hoge eisen aan de kwaliteit van gietwater ter voorkoming van groeiremming en ziekten. Lozingen en emissies zijn soms een uitweg om risico’s te mijden. Het project Goed Gietwater beoogt de ontwikkeling van een duurzame watertechnologie voor opkweekbedrijven in de glastuinbouw. Hiermee moet de emissie geminimaliseerd worden. Werkpakket 1 heeft zich gefocust op de beschrijving van de kwaliteitseisen van het gietwater voor de opkweekbedrijven. De vastgestelde kwaliteitseisen hebben betrekking op: de concentraties voedingselementen voor het gietwater; de organische stoffen en verontreinigingen in de verschillende watertypen en waterstromen; voorkomen van plantenziekten; ‘weerbare middelen’ en ‘toxische stoffen’ zoals schoonmaakmiddelen en groeiremmers. Met een literatuurstudie en interviews met deskundigen zijn de kwaliteitseisen zoveel mogelijk gekwantificeerd.

Onderzoek naar de aanwezigheid van groeiregulatoren voor het regelen van de beworteling, vergroeiing van de ent met de onderstam, knopvorming, knoprust en vruchtzetting bij houtige gewassen in de sierteelt

PPO-fruit startte in 2002 een meerjarig onderzoek naar de oorzaak en bestrijding van dode bloemknoppen bij peer. De eerste resultaten worden hier uitgelicht. Gegevens in bijgaande tabellen: 1) Gemiddeld aantal vruchten en kilogramopbrengst per boom in 2002 voor verschillende behandelingen; 2) Gemiddeld aantal knoppen per boom in 2003 voor verschillende behandelingen; 3) Percentage dode knoppen in voorjaar 2003 voor verschillende behandelingen; 4) Percentage dode knoppen per besmettingsmethode

Tijdens de opkweek van appelbomen is bloemknopaanleg sterk te beperken met behulp van gibberellinen (groeiregulatoren). Hiermee zijn verschillende behandelingen mogelijk, concludeert PPO na meerjarig praktijkonderzoek. Iedere behandeling kent echter ook wel een nadeel.

Ethyleen staat bekend als het rijpings- en verouderingshormoon. Maar het speelt ook een rol bij het doorbreken van knoprust, stengelgroei, bloei en zelfs bij ziekteresistentie. Het gebruik van ethyleenremmers is in opmars, onder andere bij bloemen. Van de andere kant wordt soms nuttig gebruik gemaakt van de werking, bijvoorbeeld bij ‘ethrellen’ van de laatste tomatentrossen aan de plant.

Ethyleen staat bekend als het rijpings- en verouderingshormoon. Maar het speelt ook een rol bij het doorbreken van knoprust, stengelgroei, bloei en zelfs bij ziekteresistentie. Het gebruik van ethyleenremmers is in opmars, onder andere bij bloemen. Van de andere kant wordt soms nuttig gebruik gemaakt van de werking, bijvoorbeeld bij ‘ethrellen’ van de laatste tomatentrossen aan de plant.

Gibberellinen zijn als plantenhormonen belangrijk voor lengtegroei, schieten, bloei en kieming van zaden. Maar bekender zijn de anti-gibberellinen. Dat zijn de remstoffen die telers van bloeiende potplanten inzetten om ze compact te houden. Veel is nog duister over de beïnvloeding van de bloei.

Gibberellinen zijn als plantenhormonen belangrijk voor lengtegroei, schieten, bloei en kieming van zaden. Maar bekender zijn de anti-gibberellinen. Dat zijn de remstoffen die telers van bloeiende potplanten inzetten om ze compact te houden. Veel is nog duister over de beïnvloeding van de bloei.

In Alstroemeria, micropropagation is achieved by axillary bud outgrowth. However, the multiplication rate is rather low (1.2–2.0 per cycle of 4 weeks) due to strong apical dominance. Even though several factors (i.e. culture media, growth regulators, and environmental conditions) have been studied, no significant improvements have been achieved. Basic research on apical dominance mechanism in Alstroemeria is therefore required. This may enhance the understanding how apical dominance controls axillary bud outgrowth in this plant and others. A second drawback in micropropagation of Alstroemeria is the slow growth of rhizomes. In this respect mineral nutrition and the effect of stress are significant. The former is implicated in storage organ growth to literature studies, in particular phosphate. The latter, the effect of stress, is based on observations of growers who noticed a strong increase of rhizome growth after moderate abiotic stress. This research deals with the backgrounds of growth of Alstroemeria in vitro. It deals with (1) the regulation of apical dominance, (2) the growth of rhizomes by applying abiotic stress and (3) the growth of rhizomes by adapting the formulation of inorganic nutrients. Alstroemeria is characterized by strong apical dominance. We observed that the outgrowth of axillary buds is inhibited byboth rhizome and aerial shoot tips. The hormonal regulation is like the regulation in model plants (Arabidopsis, pea, petunia) involving as promoting hormone cytokinin and as inhibiting ones auxin and the carotenoid-derived hormones namely strigolactones (SLs). The involvement of SLs is examined in more detail. Fluridone, an inhibitor of SL synthesis, promotes the outgrowth of lateral rhizomes. It is supposed that SLs act by inhibiting auxin transport. Our experiment to measure auxin transport seem to agree with this. We also found that the auxin transport inhibitors TIBA and NPA reverse the effect of fluridone. The moderate heat stress, and also cold stress and anaerobic stress strongly promote rhizome growth. The increase of growth is not reduced by stress-protective treatments. Therefore, we conclude provisionally that this phenomenon is itself a response of plantlets to protect them from future adverse conditions. Alstroemeria explants rapidly consume organics and inorganics from the nutrient medium but so far no relationship could be established with poor growth. There are marked differences with respect to mineral composition of the rhizome and the aerial shoot for Ca, P and Mg.

In Alstroemeria, micropropagation is achieved by axillary bud outgrowth. However, the multiplication rate is rather low (1.2–2.0 per cycle of 4 weeks) due to strong apical dominance. Even though several factors (i.e. culture media, growth regulators, and environmental conditions) have been studied, no significant improvements have been achieved. Basic research on apical dominance mechanism in Alstroemeria is therefore required. This may enhance the understanding how apical dominance controls axillary bud outgrowth in this plant and others. A second drawback in micropropagation of Alstroemeria is the slow growth of rhizomes. In this respect mineral nutrition and the effect of stress are significant. The former is implicated in storage organ growth to literature studies, in particular phosphate. The latter, the effect of stress, is based on observations of growers who noticed a strong increase of rhizome growth after moderate abiotic stress. This research deals with the backgrounds of growth of Alstroemeria in vitro. It deals with (1) the regulation of apical dominance, (2) the growth of rhizomes by applying abiotic stress and (3) the growth of rhizomes by adapting the formulation of inorganic nutrients. Alstroemeria is characterized by strong apical dominance. We observed that the outgrowth of axillary buds is inhibited byboth rhizome and aerial shoot tips. The hormonal regulation is like the regulation in model plants (Arabidopsis, pea, petunia) involving as promoting hormone cytokinin and as inhibiting ones auxin and the carotenoid-derived hormones namely strigolactones (SLs). The involvement of SLs is examined in more detail. Fluridone, an inhibitor of SL synthesis, promotes the outgrowth of lateral rhizomes. It is supposed that SLs act by inhibiting auxin transport. Our experiment to measure auxin transport seem to agree with this. We also found that the auxin transport inhibitors TIBA and NPA reverse the effect of fluridone. The moderate heat stress, and also cold stress and anaerobic stress strongly promote rhizome growth. The increase of growth is not reduced by stress-protective treatments. Therefore, we conclude provisionally that this phenomenon is itself a response of plantlets to protect them from future adverse conditions. Alstroemeria explants rapidly consume organics and inorganics from the nutrient medium but so far no relationship could be established with poor growth. There are marked differences with respect to mineral composition of the rhizome and the aerial shoot for Ca, P and Mg.

Uit bladanalyse van knolvormende en knolloze Solanum demissum planten blijkt dat gehydroxyleerde jasmijnzuren vrijwel zeker betrokken zijn bij de knolvorming in aardappelplanten. Daarmee is een onderzoekspad aangegeven waarlangs sturing van knolvorming verwezenlijkt zou kunnen worden

Strigolactonen zijn van carotenoïden afkomstige signaalmoleculen, aanvankelijk geïdentificeerd als de kiemstimulantia voor wortelparasieten van de Orobanchaceae familie en pre-symbiotisch signaal voor arbusculaire mycorrhiza (AM) schimmels. Strigolactonen zijn aangetoond in de wortelextracten en exudaten van diverse plantensoorten. Recent zijn strigolactonen - of hun afgeleiden - geïdentificeerd als plantenhormoon betrokken bij de regulatie van de plantarchitectuur. Het lijkt erop dat strigolactonen vooral in de wortels worden geproduceerd, maar de exacte plaats van strigolacton biosynthese is onbekend. Niettemin is het waarschijnlijk dat strigolactonen vanuit de wortels naar de scheut worden getransporteerd waar zij hun remmende werking op okselknopuitgroei, in samenwerking met auxine en cytokinines, uitoefenen. Tot nu toe zijn strigolactonen in de scheut van planten niet of nauwelijks aangetoond. Ook de biosynthese van strigolactonen is nog niet volledig opgehelderd. Een onbekend carotenoid substraat wordt opeenvolgend geknipt door CAROTENOID CLEAVAGE DIOXYGENASE 7 (CCD7) en CAROTENOID CLEAVAGE DIOXYGENASE 8 (CCD8). Hiernaast, zijn twee enzymen, MORE AXILLARY GROWTH 1 (MAX1) and DWARF 27 (D27), betrokken bij de biosyntheses van strigolactonen, maar hun exacte rol is onbekend. In hoofdstuk 1, worden de wortelparasitaire planten van de Orobanchaceae familie en de problemen welke zij veroorzaken in de landbouw geïntroduceerd. Verder wordt de rol van strigolactonen in de levenscyclus van deze parasieten en in AM symbiose besproken. Daarnaast, wordt de recent ontdekte hormonale functie van strigolactonen in de plantarchitectuur, hun biosynthese, hormonale signalering en de twee gangbare theorieën over hoe strigolactonen een rol spelen bij apicale dominantie beschreven. Van 5-deoxystrigol wordt gedacht dat dit het eerste echte strigolacton afkomstig van de strigolacton biosynthese route is. Aangenomen wordt dat 5-deoxystrigol via een aantal - al dan niet enzymatische - stappen de precursor is voor alle andere bekende strigolactonen. In hoofdstuk 2, wordt de biosynthese van solanacol in de wortel van tomaat (Solanum lycopersicum) beschreven. Solanacol heeft een aromatische A-ring en daardoor is de biosyntheses van dit strigolactone via 5-deoxystrigol niet voor de hand liggend. Op basis van de aanwezigheid van andere strigolactonen in tomaat (orobanchol, orobanchyl acetate, twee 7-hydroxy-orobanchol isomeren, 7-oxo-orobanchol en vier didehydro-orobanchol isomeren) speculeren wij hoe solanacol door een series van enzymatische hydroxylatie-dehydroxylatie reacties, de migratie van een methyl groep en de introductie van dubbele bindingen van 5-deoxystrigol afgeleid kan zijn. In hoofdstuk 3bespreken we de klonering van een tomaat CAROTENOID CLEAVAGE DIOXYGENASE 8(SlCCD8) en demonsteren dat een reductie in CCD8 expressie leid tot een reductie van strigolactonen in de wortel extracten, exudaten en het xyleem sap. Alle lijnen tonen excessieve zijscheutgroei, zijn korter en hebben meer internodes. Ook demonstreren wij dat de sterkte van al deze fenotypes correleert met de concentratie orobanchol in het xyleem sap. Verder tonen we aan dat een milde reductie in strigolacton biosynthese en de gerelateerde secretie naar de rhizosphere voldoende is om parasitisme door Phelipanche ramosa met 90% te verminderen. Dit zonder de apicale dominantie of AM symbiose te sterk nadelig te beïnvloeden. Verder melden we enkele additionele fenotypes in de reproductieve ontwikkeling van tomaat (zoals kleinere bloemen, vruchten en zaden) - normaliter geassocieerd met gereduceerde auxine niveaus. We demonstreren verlaagde niveaus van vrij auxine in deze organen, wat er op wijst dat deze fenotypes mogelijk een consequentie zijn van het ontbreken van het regulerende effect van strigolactonen op het auxine niveau. Het goed beschreven plant hormoon abscissine zuur (ABA) is net als de strigolactonen afkomstig van de carotenoïden. Eerdere experimenten binnen onze groep wezen uit dat een mutatie in 9-cis-epoxycarotenoid dioxygenase (NCED) – een sleutel enzym betrokken bij de ABA biosyntheses – leidt tot een reductie in de strigolacton productie. Dit gaf aanleiding tot onderzoek naar de relatie tussen ABA en strigolactonen. De resultaten van dit onderzoek worden omschreven in hoofdstuk 4. Wij demonstreren dat applicatie van de carotenoid cleavage dioxygenase (CCD) inhibitor D2 het strigolacton niveau verlaagt, maar geen effect heeft op de ABA concentraties. Echter, in planten behandeld met abamineSG – een remmer van de 9-cis-epoxycarotenoid dioxygenases (NCEDs) - en in de ABA deficiënte mutanten notabilis, sitiens en flacca (mutanten in twee verschillende enzymatische stappen van de ABA biosynthese), zijn de niveaus van zowel ABA als strigolactonen gereduceerd. Onze resultaten duiden op een correlatie tussen ABA niveaus en strigolacton biosynthese en wijzen op een mogelijke rol van ABA in de regulatie van strigolacton biosynthese. In hoofdstuk 5wordt de rol van twee GRAS-type transcriptie factoren (NSP1 en NSP2) in de regulatie van strigolacton biosynthese besproken. In peulvruchten hebben deze transcriptie factoren een essentiële rol in de door Rhizobium Nod factor geïnduceerde nodulatie. In dit hoofdstuk tonen we aan dat NSP1 en NSP2 ook vereist zijn voor de strigolactone biosynthese in Medicago truncatula (Medicago) enrijst. Hiervoor is Medicago opgezet als een modelplant voor stigolacton analyse. Ook tonen wij aan dat het strigolactonenmengsel van M. truncatulabestaat uit dedihydro-orobanchol (major) en orobanchol (minor). In dit werk identificeren we voor het eerst transcriptie factoren welke de biosynthese van strigolactonen reguleren. Wij tonen aan dat NSP1 de strigolacton biosynthese reguleert door middel van de regulatie van de expressie van D27. Een in vitro binding studie toont dat MtD27 eenprimair doel van MtNSP1 kan zijn. Verder tonen wij aan dat MtNSP2 essentieel is voor de conversie van orobanchol naar dedihydro-orobanchol. Het feit dat NSP1 en NSP2 vereist zijn voor strigolacton biosynthese in zowel rijst als Medicago - soorten die twee verschillende fylogenetische geslachten vertegenwoordigen welke ongeveer 150 miljoen jaar geleden ontstaan zijn – brengt ons tot de aanname dat de regulatie van de strigolacton biosynthese door NSP1 en NSP2 als een voorouderlijke functie in hogere planten is geconserveerd. In hoofdstuk 6bestuderen we strigolacton biosynthese in Arabidopsis thaliana (Arabidopsis). Strikte controle van de groeicondities en optimalisatie van de analytische protocollen voor strigolacton analyse maakte de detectie van orobanchol, orobanchyl acetaat en 5-deoxystrigol in Arabidopsis mogelijk. In dit hoofdstuk tonen wij aan dat de relatie tussen fosfaat tekort en de inductie van strigolacton biosynthes ook in deze soort aanwezig is. Dat is opmerkelijk omdat Arabidopsis geen AM symbiose aangaat in tegenstelling tot de meeste andere landplanten. Het ontbreken van AM symbiose in Arabidopsis is daarom mogelijk een verloren eigenschap. Wij speculeren dat de exudatie van strigolactonen naar de rhizosfeer – wat Arabidopsis zij het in lage hoeveelheden nog steeds doet - een overblijfsel is van deze voorouderlijke eigenschap welke door Arabidopsis verloren is. Echter, onze resultaten demonstreren dat de verhoging van de strigolacton biosynthese in Arabidopsis onder fosfaat tekort dient om de groei van de zijscheuten te verminderen onder deze suboptimale condities. Wij speculeren dat dit mogelijk een evolutionair voordeel schept welke de nieuwe stuwende kracht is voor het behoud van fosfaat-tekort geïnduceerde verhoging van de strigolacton biosynthese in Arabidopsis, aangezien AM symbiose niet meer aanwezig is.We tonen aan dat orobanchol getransporteerd wordt in het xyleem sap en dat de concentratie hiervan omhoog gaat onder fosfaat tekort. Verder leveren we analytisch bewijs dat MAX1 is vereist voor de biosynthese van orobanchol. Een nieuwe functie van strigolactonen in de regulatie van wortelarchitectuur in tomaat en Arabidopsis is recent ontdekt. In hoofdstuk 7tonen we dat een reductie in strigolacton biosynthese en/of perceptie - als vertoond in de max1,2,4 mutanten - leidt tot een reductie in de lengte van het primaire wortelmeristeem. We demonstreren dat toediening van het synthetische strigolacton GR24 dit fenotype in alle max mutanten - uitgezonderd de strigolacton ongevoelige mutant max2 – kan herstellen.De toediening van GR24 onder toereikende fosfaat condities reduceert het totale aantal laterale wortels per plant - hun ontwikkeling wordt gestopt in fase vijf van de laterale wortel primordium initiatie. Ook tonen wij aan dat hogere concentraties GR24 de initiatie van deze laterale wortel primordia compleet blokkeren wat leidt tot het instorten van het primaire wortelmeristeem.Echter, als GR24 samen met exogeen auxine (NAA) wordt toegediend heeft het een stimulerend effect op de laterale wortelontwikkeling en -uitgroei. Daaraan analoog, onder fosfaatbeperkende condities stimuleert de verhoging van endogene strigolacton niveaus (hoofdstuk 6) in wild type planten een snellere uitgroei van laterale wortel primordia vergeleken met de strigolacton-deficiënte mutanten. Verder demonstreren wij dat – onder toereikende fosfaat condities - GR24 toediening aan het wortelsysteem van Arabidopsis leidt tot een lagere auxineconcentratie in de bladeren. Gecombineerd wijzen deze resultaten erop dat strigolactonen lokale auxine gradiënten modificeren en zo invloed uitoefenen op de wortel architectuur. Daardoor zal het netto resultaat van de strigolactone werking op de ontwikkeling van het wortelstelsel afhangen van de auxine status van een plant. Wij denken dat een uiterst fijn gereguleerde balans tussen auxine en strigolactonen de basis vormt voor het mechanisme dat de wortel-scheut ratio van een plant reguleert, bijvoorbeeld onder fosfaat limiterende condities. Hoofdstuk 8is een samenvatting en discussie van de meest belangrijke resultaten verkregen gedurende het werk gepresenteerd in dit proefschrift. Er wordt getracht de nieuw verkregen kennis te integreren met de huidige kennis van strigolactonen. Zowel op het gebied van hun hormonale eigenschappen als hun rol als rhizosfeer signaal. In dit hoofdstuk word verder vooruit gekeken naar de perspectieven van het onderzoek aan strigolactonen. Speciale aandacht wordt besteed aan de relatie met het probleem van de parasitaire planten.

Vanuit de gangbare teelten is er veel belangstelling voor middelen die de weerbaarheid van de bodem en het gewas verhogen. Daarvan zijn er tientallen op de markt, al dan niet toegelaten. Wat werkt en wat niet? Een consortium van onderzoeksinstellingen gaat het kaf van het koren scheiden.

Bloemknopvorming tijdens de opkweek van appelbomen is ongewenst omdat vanuit bloemknoppen minder snel en kwalitatief minder goede scheuten ontstaan voor de ontwikkeling van een tweejarige knipboom en vanwege de extra benodigde arbeid bij het opschonen van de stammen. Om een oplossing voor dit probleem te vinden, is door PPO van 2006 tot en met 2011 onderzoek gedaan.

Strigolactonen zijn van carotenoïden afkomstige signaalmoleculen, aanvankelijk geïdentificeerd als de kiemstimulantia voor wortelparasieten van de Orobanchaceae familie en pre-symbiotisch signaal voor arbusculaire mycorrhiza (AM) schimmels. Strigolactonen zijn aangetoond in de wortelextracten en exudaten van diverse plantensoorten. Recent zijn strigolactonen - of hun afgeleiden - geïdentificeerd als plantenhormoon betrokken bij de regulatie van de plantarchitectuur. Het lijkt erop dat strigolactonen vooral in de wortels worden geproduceerd, maar de exacte plaats van strigolacton biosynthese is onbekend. Niettemin is het waarschijnlijk dat strigolactonen vanuit de wortels naar de scheut worden getransporteerd waar zij hun remmende werking op okselknopuitgroei, in samenwerking met auxine en cytokinines, uitoefenen. Tot nu toe zijn strigolactonen in de scheut van planten niet of nauwelijks aangetoond. Ook de biosynthese van strigolactonen is nog niet volledig opgehelderd. Een onbekend carotenoid substraat wordt opeenvolgend geknipt door CAROTENOID CLEAVAGE DIOXYGENASE 7 (CCD7) en CAROTENOID CLEAVAGE DIOXYGENASE 8 (CCD8). Hiernaast, zijn twee enzymen, MORE AXILLARY GROWTH 1 (MAX1) and DWARF 27 (D27), betrokken bij de biosyntheses van strigolactonen, maar hun exacte rol is onbekend. In hoofdstuk 1, worden de wortelparasitaire planten van de Orobanchaceae familie en de problemen welke zij veroorzaken in de landbouw geïntroduceerd. Verder wordt de rol van strigolactonen in de levenscyclus van deze parasieten en in AM symbiose besproken. Daarnaast, wordt de recent ontdekte hormonale functie van strigolactonen in de plantarchitectuur, hun biosynthese, hormonale signalering en de twee gangbare theorieën over hoe strigolactonen een rol spelen bij apicale dominantie beschreven. Van 5-deoxystrigol wordt gedacht dat dit het eerste echte strigolacton afkomstig van de strigolacton biosynthese route is. Aangenomen wordt dat 5-deoxystrigol via een aantal - al dan niet enzymatische - stappen de precursor is voor alle andere bekende strigolactonen. In hoofdstuk 2, wordt de biosynthese van solanacol in de wortel van tomaat (Solanum lycopersicum) beschreven. Solanacol heeft een aromatische A-ring en daardoor is de biosyntheses van dit strigolactone via 5-deoxystrigol niet voor de hand liggend. Op basis van de aanwezigheid van andere strigolactonen in tomaat (orobanchol, orobanchyl acetate, twee 7-hydroxy-orobanchol isomeren, 7-oxo-orobanchol en vier didehydro-orobanchol isomeren) speculeren wij hoe solanacol door een series van enzymatische hydroxylatie-dehydroxylatie reacties, de migratie van een methyl groep en de introductie van dubbele bindingen van 5-deoxystrigol afgeleid kan zijn. In hoofdstuk 3bespreken we de klonering van een tomaat CAROTENOID CLEAVAGE DIOXYGENASE 8(SlCCD8) en demonsteren dat een reductie in CCD8 expressie leid tot een reductie van strigolactonen in de wortel extracten, exudaten en het xyleem sap. Alle lijnen tonen excessieve zijscheutgroei, zijn korter en hebben meer internodes. Ook demonstreren wij dat de sterkte van al deze fenotypes correleert met de concentratie orobanchol in het xyleem sap. Verder tonen we aan dat een milde reductie in strigolacton biosynthese en de gerelateerde secretie naar de rhizosphere voldoende is om parasitisme door Phelipanche ramosa met 90% te verminderen. Dit zonder de apicale dominantie of AM symbiose te sterk nadelig te beïnvloeden. Verder melden we enkele additionele fenotypes in de reproductieve ontwikkeling van tomaat (zoals kleinere bloemen, vruchten en zaden) - normaliter geassocieerd met gereduceerde auxine niveaus. We demonstreren verlaagde niveaus van vrij auxine in deze organen, wat er op wijst dat deze fenotypes mogelijk een consequentie zijn van het ontbreken van het regulerende effect van strigolactonen op het auxine niveau. Het goed beschreven plant hormoon abscissine zuur (ABA) is net als de strigolactonen afkomstig van de carotenoïden. Eerdere experimenten binnen onze groep wezen uit dat een mutatie in 9-cis-epoxycarotenoid dioxygenase (NCED) – een sleutel enzym betrokken bij de ABA biosyntheses – leidt tot een reductie in de strigolacton productie. Dit gaf aanleiding tot onderzoek naar de relatie tussen ABA en strigolactonen. De resultaten van dit onderzoek worden omschreven in hoofdstuk 4. Wij demonstreren dat applicatie van de carotenoid cleavage dioxygenase (CCD) inhibitor D2 het strigolacton niveau verlaagt, maar geen effect heeft op de ABA concentraties. Echter, in planten behandeld met abamineSG – een remmer van de 9-cis-epoxycarotenoid dioxygenases (NCEDs) - en in de ABA deficiënte mutanten notabilis, sitiens en flacca (mutanten in twee verschillende enzymatische stappen van de ABA biosynthese), zijn de niveaus van zowel ABA als strigolactonen gereduceerd. Onze resultaten duiden op een correlatie tussen ABA niveaus en strigolacton biosynthese en wijzen op een mogelijke rol van ABA in de regulatie van strigolacton biosynthese. In hoofdstuk 5wordt de rol van twee GRAS-type transcriptie factoren (NSP1 en NSP2) in de regulatie van strigolacton biosynthese besproken. In peulvruchten hebben deze transcriptie factoren een essentiële rol in de door Rhizobium Nod factor geïnduceerde nodulatie. In dit hoofdstuk tonen we aan dat NSP1 en NSP2 ook vereist zijn voor de strigolactone biosynthese in Medicago truncatula (Medicago) enrijst. Hiervoor is Medicago opgezet als een modelplant voor stigolacton analyse. Ook tonen wij aan dat het strigolactonenmengsel van M. truncatulabestaat uit dedihydro-orobanchol (major) en orobanchol (minor). In dit werk identificeren we voor het eerst transcriptie factoren welke de biosynthese van strigolactonen reguleren. Wij tonen aan dat NSP1 de strigolacton biosynthese reguleert door middel van de regulatie van de expressie van D27. Een in vitro binding studie toont dat MtD27 eenprimair doel van MtNSP1 kan zijn. Verder tonen wij aan dat MtNSP2 essentieel is voor de conversie van orobanchol naar dedihydro-orobanchol. Het feit dat NSP1 en NSP2 vereist zijn voor strigolacton biosynthese in zowel rijst als Medicago - soorten die twee verschillende fylogenetische geslachten vertegenwoordigen welke ongeveer 150 miljoen jaar geleden ontstaan zijn – brengt ons tot de aanname dat de regulatie van de strigolacton biosynthese door NSP1 en NSP2 als een voorouderlijke functie in hogere planten is geconserveerd. In hoofdstuk 6bestuderen we strigolacton biosynthese in Arabidopsis thaliana (Arabidopsis). Strikte controle van de groeicondities en optimalisatie van de analytische protocollen voor strigolacton analyse maakte de detectie van orobanchol, orobanchyl acetaat en 5-deoxystrigol in Arabidopsis mogelijk. In dit hoofdstuk tonen wij aan dat de relatie tussen fosfaat tekort en de inductie van strigolacton biosynthes ook in deze soort aanwezig is. Dat is opmerkelijk omdat Arabidopsis geen AM symbiose aangaat in tegenstelling tot de meeste andere landplanten. Het ontbreken van AM symbiose in Arabidopsis is daarom mogelijk een verloren eigenschap. Wij speculeren dat de exudatie van strigolactonen naar de rhizosfeer – wat Arabidopsis zij het in lage hoeveelheden nog steeds doet - een overblijfsel is van deze voorouderlijke eigenschap welke door Arabidopsis verloren is. Echter, onze resultaten demonstreren dat de verhoging van de strigolacton biosynthese in Arabidopsis onder fosfaat tekort dient om de groei van de zijscheuten te verminderen onder deze suboptimale condities. Wij speculeren dat dit mogelijk een evolutionair voordeel schept welke de nieuwe stuwende kracht is voor het behoud van fosfaat-tekort geïnduceerde verhoging van de strigolacton biosynthese in Arabidopsis, aangezien AM symbiose niet meer aanwezig is.We tonen aan dat orobanchol getransporteerd wordt in het xyleem sap en dat de concentratie hiervan omhoog gaat onder fosfaat tekort. Verder leveren we analytisch bewijs dat MAX1 is vereist voor de biosynthese van orobanchol. Een nieuwe functie van strigolactonen in de regulatie van wortelarchitectuur in tomaat en Arabidopsis is recent ontdekt. In hoofdstuk 7tonen we dat een reductie in strigolacton biosynthese en/of perceptie - als vertoond in de max1,2,4 mutanten - leidt tot een reductie in de lengte van het primaire wortelmeristeem. We demonstreren dat toediening van het synthetische strigolacton GR24 dit fenotype in alle max mutanten - uitgezonderd de strigolacton ongevoelige mutant max2 – kan herstellen.De toediening van GR24 onder toereikende fosfaat condities reduceert het totale aantal laterale wortels per plant - hun ontwikkeling wordt gestopt in fase vijf van de laterale wortel primordium initiatie. Ook tonen wij aan dat hogere concentraties GR24 de initiatie van deze laterale wortel primordia compleet blokkeren wat leidt tot het instorten van het primaire wortelmeristeem.Echter, als GR24 samen met exogeen auxine (NAA) wordt toegediend heeft het een stimulerend effect op de laterale wortelontwikkeling en -uitgroei. Daaraan analoog, onder fosfaatbeperkende condities stimuleert de verhoging van endogene strigolacton niveaus (hoofdstuk 6) in wild type planten een snellere uitgroei van laterale wortel primordia vergeleken met de strigolacton-deficiënte mutanten. Verder demonstreren wij dat – onder toereikende fosfaat condities - GR24 toediening aan het wortelsysteem van Arabidopsis leidt tot een lagere auxineconcentratie in de bladeren. Gecombineerd wijzen deze resultaten erop dat strigolactonen lokale auxine gradiënten modificeren en zo invloed uitoefenen op de wortel architectuur. Daardoor zal het netto resultaat van de strigolactone werking op de ontwikkeling van het wortelstelsel afhangen van de auxine status van een plant. Wij denken dat een uiterst fijn gereguleerde balans tussen auxine en strigolactonen de basis vormt voor het mechanisme dat de wortel-scheut ratio van een plant reguleert, bijvoorbeeld onder fosfaat limiterende condities. Hoofdstuk 8is een samenvatting en discussie van de meest belangrijke resultaten verkregen gedurende het werk gepresenteerd in dit proefschrift. Er wordt getracht de nieuw verkregen kennis te integreren met de huidige kennis van strigolactonen. Zowel op het gebied van hun hormonale eigenschappen als hun rol als rhizosfeer signaal. In dit hoofdstuk word verder vooruit gekeken naar de perspectieven van het onderzoek aan strigolactonen. Speciale aandacht wordt besteed aan de relatie met het probleem van de parasitaire planten.

Bloemknopvorming tijdens de opkweek van appelbomen is ongewenst omdat vanuit bloemknoppen minder snel en kwalitatief minder goede scheuten ontstaan voor de ontwikkeling van een tweejarige knipboom en vanwege de extra benodigde arbeid bij het opschonen van de stammen. Om een oplossing voor dit probleem te vinden, is door PPO van 2006 tot en met 2011 onderzoek gedaan.

Een gewasbespuiting met gibberellinezuur 3-6 dagen voor de loofvernietiging van het pootgoedgewas en bewaartemperatuurregimes, onmiddelijk na de oogst toegepast, kunnen de kiemrustduur van pootgoed met maanden verkorten. Dezelfde behandelingen hebben een zeer positief effect op de groeikracht bij relatief vroeg poten. Met name voor rassen met een lange kiemrust kan dit bij vrioege export zeer belangrijk zijn