Растения начинают день быстрее, чем мы думаем

Ученые, изучающие утреннюю активность растений, обнаружили, что они начинают день стремительно — в течение нескольких минут после рассвета. Это похоже на то, как рассвет стимулирует утреннее пение птиц.

Раннее утро — важное время для растений. Свет на рассвете играет ключевую роль в координации процессов роста и является основным сигналом, синхронизирующим внутренние циркадные ритмы растений с циклом дня и ночи. Этот внутренний часовой механизм помогает растениям подготовиться к дню: например, определить лучшее время для использования солнечного света, раскрытия цветов для опылителей или готовности к засухе.

В течение часа после рассвета наблюдается пик активности генов. Многие из этих генов кодируют транскрипционные факторы — белки, регулирующие экспрессию множества других генов, связанных со светом, стрессом и гормонами роста. Однако детали контроля этого пика были неясны.

Исследователи из Sainsbury Laboratory Cambridge University (SLCU) и Университета Йорка решили изучить этот всплеск активности на генетическом уровне, отбирая пробы у резуховидки Таля (Arabidopsis thaliana) каждые две минуты с рассвета для измерения активности генов.

«Мы обнаружили три отчетливые волны экспрессии генов в течение двух часов после рассвета. Первая из них происходит всего через 16 минут после рассвета и длится всего 8 минут», — сказал доктор Мартин Бальцерович, первый автор исследования, опубликованного в Molecular Plant.

Исследование показало, что, хотя световые рецепторы и циркадные часы влияют на экспрессию некоторых генов, значительная часть программы активируется и без них, что указывает на избыточность регуляторных путей.

Команда интегрировала свои данные с опубликованными данными о связывании транскрипционных факторов с ДНК и выявила регуляторную сеть генов на рассвете. В ее центре оказались два ключевых регулятора световой сигнализации — HY5 и BBX31. Эти факторы, как известно, совместно контролируют деэтиоляцию — процесс перехода проростка к фотосинтезу при первом попадании на свет. Оказалось, они также играют центральную роль в переходе от темноты к свету на рассвете.

«Мы обнаружили, что они действуют ниже по сигнальному пути фоторецепторов фитохрома и криптохрома, чтобы контролировать светоиндуцированную часть генов "рассветного всплеска", причем HY5 и BBX31 играют в основном антагонистические роли», — поясняет доктор Бальцерович.

Доктор Дафна Эзер, старший автор исследования, отмечает: «Наши результаты показывают, что сигнализация фитохрома и криптохрома необходима для тонкой настройки транскрипционного ответа на свет на рассвете, но отдельные пути могут надежно активировать большую часть этой программы и в их отсутствие».

Характеристика пика экспрессии генов в ответ на свет помогает понять, как растения реагируют на свет, что особенно важно для сельскохозяйственных культур, выращиваемых при искусственном освещении.