to jest w genach: badania wskazują, jak rośliny wiedzą, kiedy kwitnąć

środowisko | wiadomości komunikaty | badania

Maj 25, 2012

naukowcy uważają, że zidentyfikowali ostatni kluczowy element 80-letniej układanki o tym, jak rośliny „wiedzą”, kiedy kwitną.

określenie właściwego czasu kwitnienia, ważnego dla pomyślnego rozmnażania się rośliny, obejmuje sekwencję zdarzeń molekularnych, zegar okołodobowy Rośliny i światło słoneczne.

zrozumienie, jak działa kwitnienie w prostej roślinie użytej w tym badaniu – Arabidopsis – powinno doprowadzić do lepszego zrozumienia, jak te same geny działają w bardziej złożonych roślinach uprawianych jako rośliny takie jak ryż, pszenica i jęczmień, według Takato Imaizumi, adiunkta Biologii Uniwersytetu w Waszyngtonie i odpowiedniego autora artykułu w wydaniu czasopisma Science z 25 maja.

„jeśli uda nam się regulować czas kwitnienia, możemy być w stanie zwiększyć plony, przyspieszając lub opóźniając to. Znajomość mechanizmu daje nam narzędzia do manipulowania tym ” – powiedziała Imaizumi. Oprócz upraw żywności, prace te mogą również prowadzić do wyższych plonów roślin uprawianych na biopaliwa.

w określonych porach roku rośliny kwitnące wytwarzają w liściach białko zwane Locus T, które indukuje kwitnienie. Po wytworzeniu tego białka przemieszcza się z liści do wierzchołka pędu, części rośliny, w której komórki są niezróżnicowane, co oznacza, że mogą stać się liśćmi lub kwiatami. Na szczycie pędu białko to rozpoczyna zmiany molekularne, które wysyłają komórki na drogę do stania się kwiatami.

zmiany długości dnia mówią wielu organizmom, że Pory roku się zmieniają. Od dawna wiadomo, że rośliny wykorzystują wewnętrzny mechanizm utrzymywania czasu znany jako zegar dobowy do pomiaru zmian długości dnia. Zegary dobowe synchronizują procesy biologiczne w okresach 24-godzinnych u ludzi, zwierząt, owadów, roślin i innych organizmów.

Imaizumi i współautorzy artykułu zbadali tak zwane białko FKF1, które, jak podejrzewali, było kluczowym czynnikiem w mechanizmie, dzięki któremu rośliny rozpoznają zmiany sezonowe i wiedzą, kiedy zakwitnąć. Białko FKF1 jest fotoreceptorem, co oznacza, że jest aktywowane przez światło słoneczne.

„białko fotoreceptorowe FKF1, nad którym pracowaliśmy, ulega ekspresji późnym popołudniem każdego dnia i jest bardzo ściśle regulowane przez zegar okołodobowy rośliny”, powiedziała Imaizumi. „Kiedy to białko jest wyrażane w krótkich dniach, nie można go aktywować, ponieważ późnym popołudniem nie ma światła dziennego. Gdy białko to ulega ekspresji podczas dłuższego dnia, fotoreceptor ten wykorzystuje światło i aktywuje mechanizmy kwitnienia obejmujące Kwitnienie Locus T. zegar dobowy reguluje czas specyficznego fotoreceptora do kwitnienia. W ten sposób rośliny wyczuwają różnice w długości dnia.”

ten system utrzymuje rośliny przed kwitnieniem, gdy jest słaby czas na rozmnażanie, na przykład w zimie, gdy dni są krótkie, a noce długie.

nowe odkrycia pochodzą z pracy z rośliną Arabidopsis, małą rośliną z rodziny gorczycowatych, która jest często wykorzystywana w badaniach genetycznych. Potwierdzają one Przewidywania z matematycznego modelu mechanizmu powodującego kwitnienie Arabidopsis, który został opracowany przez Andrew Millar, profesora Biologii Uniwersytetu w Edynburgu i współautora pracy.

„nasz model matematyczny pomógł nam zrozumieć zasady działania czujnika długości dnia w zakładach”, powiedział Millar. „Zasady te będą obowiązywać w innych roślinach, takich jak ryż, gdzie odpowiedź na długość dnia upraw jest jednym z czynników, które ograniczają możliwości uzyskiwania dobrych zbiorów przez rolników. To ta sama reakcja trwająca cały dzień, która wymaga kontrolowanego oświetlenia dla kur i hodowli ryb, więc równie ważne jest zrozumienie tej reakcji u zwierząt.

„białka zaangażowane w zwierzęta nie są jeszcze tak dobrze rozumiane, jak są w roślinach, ale oczekujemy tych samych zasad, których nauczyliśmy się z tych badań.”

pierwszym autorem artykułu jest Young Hun Song, doktor habilitowany w laboratorium Imaizumi UW. Inni współautorzy to Benjamin to, który był studentem UW, gdy ta praca była prowadzona, i Robert Smith, absolwent Uniwersytetu w Edynburgu. Prace zostały sfinansowane przez National Institutes of Health oraz brytyjską Biotechnology and Biological Sciences Research Council.

więcej informacji:
Imaizumi, 206-543-8709, [email protected]