Как одно растение регулирует цветение в разных климатах

Исследователи под руководством профессора Кэролайн Дин раскрыли генетическую основу различий в реакции на яровизацию у растений, растущих в разных климатах, связав эпигенетические механизмы с эволюционными изменениями.

Яровизация — это период продолжительного холода, необходимый некоторым растениям для начала цветения. Это гарантирует, что они зацветут только после damaging холодов зимы. Растение должно «помнить», сколько холода оно перенесло.

В 2011 году учёные выяснили механизм: после достаточного пребывания на холоде эпигенетический переключатель подавляет ген-репрессор цветения FLC. Эти эпигенетические изменения затем передаются дочерним клеткам.

Разные растения имеют разные требования к яровизации, так как продолжительность зимних холодов варьируется в зависимости от географии и климата.

В новом исследовании, опубликованном в журнале Science, команда профессора Дин выяснила, как разные растения устанавливают порог срабатывания этого эпигенетического переключателя.

Учёные сравнили разновидность Arabidopsis thaliana из Северной Швеции (Lov-1) с референсной разновидностью «Columbia»:

• Columbia требует 4 недели холода для запуска переключателя.
• Lov-1 требует 9 недель холода для того же эффекта — это естественная адаптация к более длинным зимам на северных широтах.

Были обнаружены вариации в последовательности генома в районе гена FLC. Комбинация из четырёх генетических различий (полиморфизмов) между двумя разновидностями ответственна за требование более длительного периода холода.

Эти полиморфизмы влияют на химические модификации гистоновых белков, вокруг которых обёрнута ДНК. Именно такие модификации влияют на экспрессию генов и лежат в основе эпигенетической памяти. Четыре полиморфизма влияют на эти модификации по всему гену FLC, что объясняет, как они определяют порог подавления гена.

Требуются дальнейшие исследования, чтобы точно определить, как эти полиморфизмы вносят вклад в эпигенетическую память, поскольку сам механизм ещё не до конца понят. Эта растительная модель идеальна для изучения подобных механизмов и их применимости к другим организмам.

Данное исследование объясняет, как определяется порог изменения эпигенетического состояния в ответ на количественный стимул. Это может быть общим механизмом, с помощью которого многие организмы адаптируются к меняющейся среде.

Широкое географическое распространение Arabidopsis и способность адаптировать требования к яровизации могли быть ключевыми для его роста в разных климатах.

По мере изменения климата Земли понимание адаптаций Arabidopsis может помочь в создании новых сортов сельскохозяйственных культур.