Раскрыт механизм, с помощью которого растения определяют время цветения

Ученые определили последний ключевой элемент 80-летней загадки о том, как растения "понимают", когда цвести.

Определение правильного времени для цветения, критически важного для успешного размножения, включает последовательность молекулярных событий, циркадные часы растения и солнечный свет.

По словам Такато Имаидзуми, доцента биологии Вашингтонского университета и автора-корреспондента статьи в журнале Science от 25 мая, понимание механизма цветения у модельного растения Arabidopsis позволит лучше понять работу тех же генов у более сложных сельскохозяйственных культур, таких как рис, пшеница и ячмень.

"Если мы сможем регулировать время цветения, то, возможно, увеличим урожайность, ускорив или отсрочив его. Знание механизма дает нам инструменты для управления этим процессом".

В определенное время года цветковые растения производят в своих листьях белок FLOWERING LOCUS T, который индуцирует цветение. После синтеза этот белок перемещается из листьев в апикальную меристему побега — часть растения, где клетки не дифференцированы и могут стать либо листьями, либо цветами. Там этот белок запускает молекулярные изменения, направляющие клетки на путь превращения в цветки.

Изменение длины дня сигнализирует многим организмам о смене сезонов. Давно известно, что растения используют внутренний механизм отсчета времени — циркадные часы — для измерения изменений продолжительности дня.

Имаидзуми и его соавторы исследовали белок FKF1, который, как они предполагали, играет ключевую роль в механизме распознавания растениями сезонных изменений. Белок FKF1 является фоторецептором, то есть активируется солнечным светом.

"Фоторецепторный белок FKF1, который мы изучаем, экспрессируется каждый день ближе к вечеру, и его работа строго регулируется циркадными часами растения. Когда этот белок экспрессируется в короткие дни, он не может быть активирован, так как в поздние послеполуденные часы уже темно. Когда же он экспрессируется в длинный день, этот фоторецептор использует свет и активирует механизмы цветения, связанные с FLOWERING LOCUS T. Циркадные часы регулируют время работы специфического фоторецептора для цветения. Вот как растения ощущают разницу в длине дня".

Эта система не позволяет растениям цвести в неподходящее для размножения время, например, в разгар зимы, когда дни короткие, а ночи длинные.

Новые данные получены в работе с растением Arabidopsis (Резуховидка Таля) из семейства капустных. Они подтверждают предсказания математической модели механизма цветения Arabidopsis, разработанной Эндрю Милларом, профессором биологии Эдинбургского университета и соавтором статьи.

"Наша математическая модель помогла понять принципы работы датчика длины дня у растений. Эти же принципы будут справедливы и для других растений, например, риса, где реакция на длину дня является одним из факторов, ограничивающих регионы, где фермеры могут получать хорошие урожаи".