Весенний прогрев почвы пробуждает семена от зимней спячки с помощью гормонов
Новое исследование Уорикского университета показало, что покоящиеся семена в почве обнаруживают сезонные изменения температуры почвы и реагируют на них, изменяя свою чувствительность к растительным гормонам.
Эта изменяющаяся чувствительность регулирует глубину покоя, указывая семени, когда наступило подходящее время года для прорастания и роста.
Семена обычных сорняков могут годами, а в некоторых случаях десятилетиями, сохраняться в почве в состоянии покоя, создавая проблемы для продовольственной безопасности, когда они прорастают и конкурируют с сельскохозяйственными культурами.
Новое исследование, финансируемое DEFRA, проливает свет на то, как гормоны регулируют цикл покоя семян в почве, на примере семян Arabidopsis thaliana (Резуховидка Таля) — близкого родственника многих обычных сорняков и культурных растений.
Эти новые данные, полученные путем сочетания современной молекулярной биологии с традиционной экологией семян, в долгосрочной перспективе могут помочь сократить использование гербицидов на фермах.
Исследование также важно для понимания регуляции покоя и прорастания у диких растений с целью сохранения биоразнообразия.
Несмотря на важность циклирования покоя в природе, о его регуляции на молекулярном уровне известно очень мало.
Профессор Билл Финч-Сэвидж и доктор Стив Футит из Школы наук о жизни Уорикского университета изучили экспрессию генов в течение цикла покоя семян Arabidopsis в полевых почвах, чтобы понять, как на неё влияют времена года.
Они обнаружили, что наборы генов, связанные с покоем и прорастанием, высокочувствительны к сезонным изменениям температуры почвы.
Считается, что баланс между гормонами абсцизовой кислотой (ABA) и гиббереллиновой кислотой (GA) играет ключевую роль в контроле покоя и прорастания.
Один набор генов регулируется ABA, что связано с состоянием покоя, тогда как GA контролирует гены, которые повышают потенциал прорастания.
Используя линию Arabidopsis, проростки которой появляются в конце лета и начале осени, учёные обнаружили, что по мере прогрева почвы семена становятся менее чувствительными к ABA и более чувствительными к GA. Это выводит их из состояния покоя и стимулирует к прорастанию.
Как только покой начинает ослабевать, повышенная чувствительность к свету, нитратам и перепадам дневных и ночных температур начинает играть более важную роль в сигнализации о наступлении подходящего времени для прорастания.
Доктор Футит отметил: "Многие замечали, как количество сорняков в саду меняется в зависимости от погоды от года к году. Понимание того, как это происходит, поможет нам прогнозировать влияние будущих изменений климата на нашу местную флору и сорняки, которые конкурируют с культурами, необходимыми нам для пропитания".
"Наше исследование проливает новый свет на взаимодействие генетики и окружающей среды в процессе циклирования покоя. Изучая семена в течение годового цикла, мы теперь лучше понимаем, как семена ощущают и реагируют на изменения в окружающей среде на протяжении сезонов, чтобы определить лучшее время для превращения в растения".
Исследование опубликовано в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.
Профессору Финч-Сэвиджу и доктору Футиту был выделен грант BBSRC для дальнейшего изучения влияния климата на циклирование покоя и взаимодействия генетики и окружающей среды в этом процессе.