{"id":6900,"date":"2026-04-01T13:21:52","date_gmt":"2026-04-01T13:21:52","guid":{"rendered":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/portfolio\/fengjiao-bu\/"},"modified":"2026-04-01T13:21:57","modified_gmt":"2026-04-01T13:21:57","slug":"fengjiao-bu","status":"publish","type":"us_portfolio","link":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/portfolio\/fengjiao-bu\/","title":{"rendered":"Fengjiao Bu"},"content":{"rendered":"","protected":false},"excerpt":{"rendered":"","protected":false},"author":8,"featured_media":6901,"comment_status":"closed","ping_status":"closed","template":"","meta":{"_acf_changed":false,"footnotes":""},"us_portfolio_category":[45],"class_list":["post-6900","us_portfolio","type-us_portfolio","status-publish","has-post-thumbnail","hentry","us_portfolio_category-new-template"],"acf":{"naam_van_het_proefschift":"Parasponia","samenvatting":"Stikstofbindende wortelknobbel-symbiose komt voor in tien taxonomische lijnen uit vier verwante ordes - Fagales, Fabales, Rosales en Cucurbitales - die samen de stikstofbindende clade (NFC) worden genoemd. Knobbelvormende planten binnen de NFC zijn verspreid over niet-knobbelvormende soorten en kunnen interageren met rhizobia of Frankia-bacteri\u00ebn. Om een dergelijke endosymbiose tot stand te brengen, zijn twee processen essentieel: knobbel-organogenese en intracellulaire bacteri\u00eble infectie. Ondanks een aanzienlijke hoeveelheid kennis over de leguminoos-rhizobium symbiose, blijft het onduidelijk welke signaleringsmodules worden gedeeld tussen knobbelvormende soorten in verschillende taxonomische clades. Bovendien wordt algemeen aangenomen dat knobbelvorming meerdere keren onafhankelijk is ge\u00ebvolueerd, hoewel moleculair-genetische ondersteuning voor deze hypothese ontbreekt.\n\nOm deze vragen te beantwoorden is een vergelijkende genomische en transcriptomische analyse uitgevoerd met Parasponia-soorten (Cannabaceae), de enige niet-leguminosen die stikstofbindende knobbels kunnen vormen met rhizobium. Vergelijkend transcriptoomonderzoek van P. andersonii en de vlinderbloemige Medicago truncatula onthulde het gebruik van ten minste 290 orthologe symbiose-genen in knobbels. Hieronder bevinden zich sleutelgenen die bij leguminosen essentieel zijn voor knobbelvorming, waaronder NODULE INCEPTION (NIN) en RHIZOBIUM-DIRECTED POLAR GROWTH (RPG). Vergelijkende analyse van genomen van drie Parasponia-soorten en verwante niet-knobbelvormende plantensoorten laat bewijs zien van parallel verlies in niet-knobbelvormende soorten van vermeende orthologen van NIN, RPG en NOD FACTOR PERCEPTION. Parallel verlies van deze symbiose-genen wijst erop dat deze niet-knobbelvormende lijnen het potentieel om knobbels te vormen hebben verloren. Door gebruik te maken van het zeer effici\u00ebnte Parasponia-transformatieplatform hebben we promoter:GUS-expressieanalyse en CRISPR-Cas9-mutagenese uitgevoerd. In overeenstemming met leguminosen komen P. andersonii PanNIN en PanNF-YA1 samen tot expressie in knobbels. Door analyse van enkelvoudige, dubbele en hogere-orde CRISPR-Cas9 knockout-mutanten laten we zien dat knobbel-organogenese en vroege symbiotische expressie van PanNF-YA1 PanNIN-afhankelijk zijn en dat PanNF-YA1 specifiek vereist is voor intracellulaire rhizobium-infectie. Dit toont aan dat NIN en NF-YA1 geconserveerde symbiotische functies vervullen in niet-leguminose plantensoorten. Aangezien Rosales, Fabales en Fagales kort na het ontstaan van de knobbelvormingseigenschap uiteen zijn gegaan, stellen wij dat NIN en NF-YA1 de kern vormen van de transcriptionele regulatoren in deze symbiose. Alles bij elkaar genomen dagen deze resultaten de visie uit dat knobbelvorming parallel is ge\u00ebvolueerd en roepen ze de mogelijkheid op dat knobbelvorming ~100 miljoen jaar geleden is ontstaan in een gemeenschappelijke voorouder van alle knobbelvormende plantensoorten, maar vervolgens verloren is gegaan in veel afstammelingen. Dit heeft verstrekkende gevolgen voor translationele benaderingen die gericht zijn op het ontwikkelen van stikstofbindende knobbels in gewassen.\n\nDe F1-hybride tussen de diplo\u00efde Parasponia andersonii en tetraplo\u00efde Trema tomentosa kan knobbels vormen, maar mist intracellulaire infectie bij inoculatie met Mesorhizobium plurifarium BOR2 of Bradyrhizobium elkanii WUR3. Op basis van de genetische samenstelling en het symbiotische fenotype stellen wij dat de F1-hybride mogelijk toekomstige engineering-resultaten nabootst. Daarom wilden we een beter inzicht krijgen in de afwijking in het knobbelvormingsfenotype van wildtype P. andersonii en F1-hybride planten. Hiervoor vergeleken we knobbelvormingseffici\u00ebnties en intracellulaire infectie in knobbelcellen na inoculatie met een reeks rhizobiumstammen, aangezien Parasponia kan interageren met een breed scala aan rhizobia. Dit onthulde dat het waardplantbereik van hybride planten nauwer is vergeleken met P. andersonii. We laten ook zien dat de blokkade in intracellulaire infectie in hybride knobbels consistent is voor alle ge\u00efdentificeerde knobbelvormende stammen en niet kan worden overwonnen door verhoogde LCO-biosynthese of door mutatie van de type III- of IV-secretiesystemen van de knobbelvormende stammen. De hybride planten kunnen effectief arbusculaire mycorrhizatie tot stand brengen, wat suggereert dat de blokkade van intracellulaire infectie rhizobium-specifiek is. Alles bij elkaar wijst dit op het optreden van een nog onbekend mechanisme dat leidt tot een aangetast waardplantbereik en blokkade van intracellulaire infectie van hybride planten. We merkten op dat knobbelvorming en intracellulaire infectie in P. andersonii correleert met de aanwezigheid van N-methylering door het bacteri\u00eble nodS-gen, dat codeert voor een N-methyltransferase die het niet-reducerende terminale residu van LCO's methyleert. Het belang van nodS wordt aangetoond door te laten zien dat LCO-signalering ge\u00efnduceerd door Rhizobium tropici CIAT899 verdwijnt wanneer nodS gemuteerd is. We concluderen dat de N-methyl-decoratie van het niet-reducerende terminale residu van LCO's essentieel is voor het tot stand brengen van een succesvolle stikstofbindende wortelknobbel-symbiose tussen rhizobium en Parasponia andersonii.","summary":"Nitrogen-fixing root nodule symbiosis occurs in ten taxonomic lineages from four related orders - Fagales, Fabales, Rosales and Cucurbitales- that together are called the nitrogen-fixing clade (NFC). Nodulating plants within the NFC are scattered by non-nodulating species, as well as can interact either with rhizobia or Frankia bacteria. To establish such an endosymbiosis, two processes are essential: nodule organogenesis and intracellular bacterial infection. Despite a significant body of knowledge of the legume-rhizobium symbiosis, it remains elusive which signalling modules are shared between nodulating species in different taxonomic clades. Besides, it is generally assumed that nodulation evolved independently multiple times, though molecular genetic support for this hypothesis is lacking.\n\nTo answer these questions, comparative genomic and transcriptomic analysis has been conducted using Parasponia species (Cannabaceae), the only non-legumes that can establish nitrogen-fixing nodules with rhizobium. Comparative transcriptomics of P. andersonii and the legume Medicago truncatula revealed utilization of at least 290 orthologous symbiosis genes in nodules. Among these are key genes that in legumes are essential for nodulation, including NODULE INCEPTION (NIN) and RHIZOBIUM-DIRECTED POLAR GROWTH (RPG). Comparative analysis of genomes from three Parasponia species and related non-nodulating plant species show evidence of parallel loss in non-nodulating species of putative orthologs of NIN, RPG, and NOD FACTOR PERCEPTION. Parallel loss of these symbiosis genes indicates that these non-nodulating lineages lost the potential to nodulate. By making use of the highly efficient Parasponia transformation platform, we conducted promoter:GUS expression analysis as well as CRISPR-Cas9 mutagenesis. Consistent with legumes, P. andersonii PanNIN and PanNF-YA1 are co-expressed in nodules. By analyzing single, double and higher-order CRISPR-Cas9 knockout mutants, we show that nodule organogenesis and early symbiotic expression of PanNF-YA1 are PanNIN-dependent and that PanNF-YA1 is specifically required for intracellular rhizobium infection. This demonstrates that NIN and NF-YA1 commit conserved symbiotic functions in non-elgume plant species. As Rosales, Fabales and Fagales diverged soon after the birth of the nodulation trait, we argue that NIN and NF-YA1 represent core transcriptional regulators in this symbiosis. Taken together, these results challenge the view that nodulation evolved in parallel and raises the possibility that nodulation originated ~100 million years ago in a common ancestor of all nodulating plant species, but was subsequently lost in many descendant lineages. This will have profound implications for translational approaches aimed at engineering nitrogen-fixing nodules in crop plants.\n\nThe F1 hybrid between diploid Parasponia andersonii and tetraploid Trema tomentosa can form nodules, whereas it is devoid of intracellular infection when inoculated with either Mesorhizobium plurifarium BOR2 or Bradyrhizobium elkanii WUR3. Based on its genetic composition and symbiotic phenotype, we argue that the F1 hybrid may mimic future engineer results. Therefore we aimed to obtain a better understanding of the deviation in nodulation phenotype of wild type P. andersonii and F1 hybrid plants. To do so, we compared nodulation efficiencies and intracellular infection within nodule cells upon inoculation with a range of rhizobium strains, as Parasponia can interact with a wide range of rhizobia. This revealed that the host range of hybrid plants is narrower when compared to P. andersonii. We also show that the block in intracellular infection within hybrid nodules is consistent for all nodulating strains identified, cannot be overcome by increased LCO biosynthesis nor by mutating the type III or IV secretion systems of nodulating strains. The hybrid plants can establish arbuscular mycorrhization effectively, suggesting that the block of intracellular infection is rhizobium specific. Taken together, this indicates the occurrence of a yet unknown mechanism leading to an impaired host range and block of intracellular infection of hybrid plants. We noticed that nodule formation and intracellular infection in P. andersonii correlates with the presence of N-methylation conferred by the bacterial nodS gene, which encodes an N-methyl transferase that methylates non-reducing terminal residue of LCOs. The importance of nodS is shown by demonstrating that LCO signalling induced by Rhizobium tropici CIAT899 is abolished when nodS is mutated. We conclude that the N-methyl decoration of the non-reducing terminal residue of LCOs is essential for establishing successful nitrogen-fixing nodule symbiosis between rhizobium and Parasponia andersonii.","auteur":"Fengjiao Bu","auteur_slug":"fengjiao-bu","publicatiedatum":"31 maart 2020","taal":"EN","url_flipbook":"https:\/\/ebook.proefschriftmaken.nl\/ebook\/fengjiaobu?iframe=true","url_download_pdf":"https:\/\/ebook.proefschriftmaken.nl\/download\/9ad0029a-ba77-439a-afc5-b5ce418861fc\/optimized","url_epub":"","ordernummer":"FTP-202604011318","isbn":"978-94-6395-327-6","doi_nummer":"","naam_universiteit":"Wageningen University","afbeeldingen":6902,"naam_student:":"","binnenwerk":"","universiteit":"Wageningen University","cover":"","afwerking":"","cover_afwerking":"","design":""},"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/us_portfolio\/6900","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/us_portfolio"}],"about":[{"href":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/types\/us_portfolio"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/users\/8"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=6900"}],"version-history":[{"count":1,"href":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/us_portfolio\/6900\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":6903,"href":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/us_portfolio\/6900\/revisions\/6903"}],"wp:featuredmedia":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/media\/6901"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=6900"}],"wp:term":[{"taxonomy":"us_portfolio_category","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/us_portfolio_category?post=6900"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}