Как один вид растений программирует цветение в разное время 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 и эпигенетическая память

Яровизация — это период продолжительного холода, необходимый некоторым растениям для начала цветения. Это гарантирует, что цветы появятся после суровой зимней стужи. В 2011 году учёные обнаружили механизм, с помощью которого растение «помнит» продолжительность холода: после достаточного периода охлаждения эпигенетический переключатель выключает ген-репрессор цветения FLC. Эти эпигенетические изменения затем передаются дочерним клеткам.

Генетические различия для разных зим

Разные растения имеют разные требования к яровизации, так как длина холодного периода зависит от географии и климата. Новое исследование в журнале Science объясняет, как растения устанавливают порог срабатывания этого переключателя.

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

• Columbia требуется 4 недели холода для активации переключателя.
• Lov-1 требуется 9 недель холода — адаптация к более длинным зимам на северных широтах.

Причина — в последовательности ДНК

Были обнаружены вариации в последовательности ДНК в районе гена FLC. Разница в четырёх полиморфизмах (генетических вариантах) между двумя разновидностями ответственна за требование более длительного холода.

Эти полиморфизмы влияют на химические модификации гистоновых белков, вокруг которых обёрнута ДНК. Именно такие модификации регулируют экспрессию генов и лежат в основе эпигенетической памяти. Четыре полиморфизма изменяют эти модификации по всей области гена FLC, что и определяет порог его выключения.

Значение и перспективы

• Это исследование объясняет, как устанавливается порог срабатывания эпигенетического состояния в ответ на количественный стимул (длину холода).
• Такой механизм может быть общим для адаптации многих организмов к меняющейся среде.
• Широкое географическое распространение Arabidopsis, вероятно, стало возможным благодаря такой адаптации требования к яровизации.
• Понимание этих механизмов может помочь в создании новых сортов сельскохозяйственных культур, адаптированных к изменению климата.