det er i generne: forskning peger på, hvordan planter ved, hvornår de skal blomstre

miljø | pressemeddelelser | forskning

25.maj 2012

bestemmelse af det rette tidspunkt at blomstre, vigtigt, hvis en plante skal reproducere med succes, involverer en sekvens af molekylære begivenheder, en plantes cirkadiske ur og sollys.

forståelse af, hvordan blomstring fungerer i den enkle plante, der anvendes i denne undersøgelse – Arabidopsis – bør føre til en bedre forståelse af, hvordan de samme gener fungerer i mere komplekse planter dyrket som afgrøder som ris, hvede og byg, ifølge Takato Imaisumi, en assisterende professor i biologi og tilsvarende forfatter af et papir i maj 25 udgave af tidsskriftet Science.

“hvis vi kan regulere tidspunktet for blomstring, kan vi muligvis øge afgrødeudbyttet ved at fremskynde eller forsinke dette. At kende mekanismen giver os værktøjerne til at manipulere dette,” sagde Imaisumi. Sammen med fødevareafgrøder kan arbejdet også føre til højere udbytter af planter dyrket til biobrændstoffer.

på bestemte tidspunkter af året producerer blomstrende planter et protein kendt som blomstrende Locus T i deres blade, der inducerer blomstring. Når dette protein er lavet, bevæger det sig fra bladene til skudspidsen, en del af planten, hvor cellerne er udifferentierede, hvilket betyder, at de enten kan blive blade eller blomster. Ved skudspidsen starter dette protein de molekylære ændringer, der sender celler på vejen til at blive blomster.

ændringer i daglængde fortæller mange organismer, at årstiderne ændrer sig. Det har længe været kendt, at planter bruger en intern tidsholdningsmekanisme kendt som det cirkadiske ur til at måle ændringer i dagslængde. Cirkadiske ure synkroniserer biologiske processer i løbet af 24-timers perioder hos mennesker, dyr, insekter, planter og andre organismer.

Imaisumi og papirets medforfattere undersøgte, hvad der hedder fkf1-proteinet, som de mistænkte var en nøglespiller i den mekanisme, hvormed planter genkender sæsonændringer og ved, hvornår de skal blomstre. Fkf1-protein er en fotoreceptor, hvilket betyder, at det aktiveres af sollys.

“fkf1-fotoreceptorproteinet, vi har arbejdet på, udtrykkes sent på eftermiddagen hver dag og reguleres meget tæt af plantens cirkadiske ur,” sagde Imaisumi. “Når dette protein udtrykkes i korte dage, kan dette protein ikke aktiveres, da der ikke er Dagslys sent på eftermiddagen. Når dette protein udtrykkes i løbet af en længere dag, bruger denne fotoreceptor lyset og aktiverer blomstringsmekanismerne, der involverer Blomstrende Locus T. det cirkadiske ur regulerer tidspunktet for den specifikke fotoreceptor til blomstring. Sådan mærker planter forskelle i dagslængde.”

dette system forhindrer planter i at blomstre, når det er en dårlig tid at reproducere, såsom vinterens døde, når dagene er korte og nætterne er lange.

de nye resultater kommer fra arbejdet med planten Arabidopsis, en lille plante i sennepsfamilien, der ofte bruges i genetisk forskning. De validerer forudsigelser fra en matematisk model af den mekanisme, der får Arabidopsis til at blomstre, der blev udviklet af Andrei Millar, en professor i biologi fra University of Edinburgh og medforfatter af papiret.

“vores matematiske model hjalp os med at forstå driftsprincipperne for planternes dagslængdesensor,” sagde Millar. “Disse principper vil gælde i andre planter, som ris, hvor afgrødens reaktion på daglængde er en af de faktorer, der begrænser, hvor landmændene kan opnå god høst. Det er den samme daglængde respons, der har brug for kontrolleret belysning til lægning af kyllinger og fiskebedrifter, så det er lige så vigtigt at forstå dette svar hos dyr.

“de proteiner, der er involveret i dyr, er endnu ikke så godt forstået, som de er i planter, men vi forventer, at de samme principper, som vi har lært af disse undersøgelser, gælder.”

første forfatter på papiret er Young hun Song, en postdoc forsker i Imaisumis laboratorium. De andre medforfattere er Benjamin To, der var studerende på bacheloruddannelsen, da dette arbejde blev udført, og Robert Smith, en kandidatstuderende fra University of Edinburgh. Arbejdet blev finansieret af National Institutes of Health og Det Forenede Kongeriges Forskningsråd for bioteknologi og biologiske videnskaber.

For mere information:
Imaisumi, 206-543-8709, [email protected]