Биологи открыли «вечерний» белковый комплекс, регулирующий рост растений
Биологи из Калифорнийского университета в Сан-Диего обнаружили белковый комплекс, названный «вечерним», который регулирует ритмичный рост растений в ночное время. Открытие, опубликованное в журнале Nature, раскрывает молекулярный механизм, с помощью которого биологические часы контролируют удлинение стеблей.
- Циклический рост: Растения растут не равномерно, а рывками, с наибольшей скоростью удлинения стеблей в поздние ночные и предрассветные часы.
- Гены-мишени: Исследование сфокусировано на трёх генах модельного растения Arabidopsis: Early Flowering3 (ELF3), ELF4 и LUX. Мутации в этих генах нарушают биологические часы, приводят к сильному удлинению стебля и раннему цветению.
- «Вечерний комплекс»: Белки, кодируемые этими тремя генами, взаимодействуют, образуя комплекс. ELF3 выступает в роли связующего белка, объединяя ELF4 и LUX. Активность комплекса достигает пика в вечернее время.
- Функция «тормоза»: Комплекс действует как ингибитор роста. При отключении любого из трёх генов «тормоза» растения демонстрируют чрезмерное удлинение стеблей.
- Молекулярный механизм: «Вечерний комплекс» напрямую связывается с промоторами генов PIF4 и PIF5, которые являются ключевыми активаторами роста. В вечернее и раннее ночное время комплекс подавляет экспрессию этих генов, блокируя рост. Когда уровень комплекса снижается (поздней ночью/под утро), PIF4 и PIF5 активируются и запускают программы удлинения стебля.
- Модель «газ-тормоз»: PIF4 и PIF5 — это «педаль газа», активирующая рост. Гены ELF3, ELF4 и LUX, образующие «вечерний комплекс», — это «тормоза». Их согласованная работа с биологическими часами позволяет растению максимально быстро расти в оптимальное время.
- Потенциальное значение: Понимание этого механизма открывает пути для селекции или генной инженерии сельскохозяйственных культур с целью увеличения урожайности, биомассы для биотоплива или устойчивости к холоду (так как мутации в генах комплекса делают растения более чувствительными к заморозкам).
- Гипотеза о причине: Учёные предполагают, что ритмичный рост позволяет растениям координировать удлинение с доступностью ресурсов. Днём фотосинтез производит крахмал, который ночью расщепляется и используется как строительный материал для роста.