det är i generna: forskning pekar på hur växter vet när de ska blomma

miljö | pressmeddelanden | forskning

maj 25, 2012

forskare tror att de har pekat på den sista viktiga delen av det 80-åriga pusslet om hur växter ”vet” när de ska blomma.

att bestämma rätt tid att blomma, viktigt om en växt ska reproducera framgångsrikt, innefattar en sekvens av molekylära händelser, en växts cirkadiska klocka och solljus.

att förstå hur blommande fungerar i den enkla växten som används i denna studie – Arabidopsis – borde leda till en bättre förståelse för hur samma gener fungerar i mer komplexa växter som odlas som grödor som ris, vete och korn, enligt Takato Imaizumi, en University of Washington biträdande professor i biologi och motsvarande författare till ett papper i maj 25-numret av tidskriften Science.

”om vi kan reglera tidpunkten för blomningen kan vi kanske öka avkastningen genom att påskynda eller fördröja detta. Att känna till mekanismen ger oss verktygen för att manipulera detta,” sa Imaizumi. Tillsammans med matgrödor kan arbetet också leda till högre avkastning av växter som odlas för biobränslen.

vid specifika tider på året producerar blommande växter ett protein som kallas Blommande Locus T i sina löv som inducerar blomning. När detta protein är gjort, reser det från bladen till skottspetsen, en del av växten där cellerna är odifferentierade, vilket innebär att de antingen kan bli löv eller blommor. Vid skottspetsen startar detta protein de molekylära förändringarna som skickar celler på vägen till att bli blommor.

förändringar i dagslängd berättar för många organismer att årstiderna förändras. Det har länge varit känt att växter använder en intern tidshållningsmekanism som kallas cirkadisk klocka för att mäta förändringar i dagslängd. Cirkadiska klockor synkroniserar biologiska processer under 24-timmarsperioder hos människor, djur, insekter, växter och andra organismer.

Imaizumi och tidningens medförfattare undersökte vad som kallas fkf1-proteinet, vilket de misstänkte var en nyckelaktör i mekanismen genom vilken växter känner igen säsongsförändringar och vet när de ska blomma. Fkf1-protein är en fotoreceptor, vilket betyder att den aktiveras av solljus.

”fkf1-fotoreceptorproteinet vi har arbetat med uttrycks på sen eftermiddag varje dag och regleras mycket tätt av växtens cirkadiska klocka,” sade Imaizumi. ”När detta protein uttrycks under korta dagar kan detta protein inte aktiveras, eftersom det inte finns något dagsljus på sen eftermiddag. När detta protein uttrycks under en längre dag använder denna fotoreceptor ljuset och aktiverar blommande mekanismer som involverar Blommande Locus T. den cirkadiska klockan reglerar tidpunkten för den specifika fotoreceptorn för blomning. Det är så växter känner skillnader i dagslängd.”

detta system hindrar växter från att blomma när det är en dålig tid att reproducera, till exempel vinterens död när dagarna är korta och nätterna är långa.

de nya resultaten kommer från arbetet med växten Arabidopsis, en liten växt i senapsfamiljen som ofta används i genetisk forskning. De validerar förutsägelser från en matematisk modell av mekanismen som får Arabidopsis att blomma som utvecklades av Andrew Millar, en professor i biologi vid University of Edinburgh och medförfattare av papperet.

”vår matematiska modell hjälpte oss att förstå driftsprinciperna för anläggningens dagslängdssensor”, sa Millar. ”Dessa principer kommer att gälla i andra växter, som ris, där grödans dagslängdsrespons är en av de faktorer som begränsar var jordbrukare kan få bra skördar. Det är samma dagslängdsrespons som behöver kontrollerad belysning för att lägga kycklingar och fiskodlingar, så det är lika viktigt att förstå detta svar hos djur.

” proteinerna som är involverade i djur är ännu inte så väl förstådda som de är i växter men vi förväntar oss att samma principer som vi har lärt oss av dessa studier ska tillämpas.”

första författaren på tidningen är Young Hun Song, en postdoktoral forskare i Imaizumis UW lab. De andra medförfattarna är Benjamin To, som var en UW-student när detta arbete genomfördes, och Robert Smith, en doktorand vid University of Edinburgh. Arbetet finansierades av National Institutes of Health och Storbritanniens Biotechnology and Biological Sciences Research Council.

för mer information:
Imaizumi, 206-543-8709, [email protected]