Есть конспект?
Пришлите нам!

Разгадан механизм цветения всех растений - его запускает один ген


Ученые из Института Макса Планка обнаружили, как растения начинают формирование цветов в зависимости от длины дня, и времени года. Впервые частично подтвердилась гипотеза о механизме фотопериодизма, предложенная еще в 1930-ых годах Эрвином Бюннингом.

Оказалось, что цветковые растения содержат внутренние часы, позволяющие им определять длину светового дня. Эта гипотеза первоначально появилась 80 лет назад и многими оспаривалась, но теперь похоже находит первые реальные подтверждения. Механизмы “часов” растений объясняются изоляцией генов и белков, которые играют центральную роль в этом процессе. В недавнем выпуске журнала Science (от 13-ого февраля 2004 года) группа ученых из Института Макса Планка в Кельне описывает, как молекулярный кругооборот вокруг белка CONSTANS вызывает состояние цветения растений. Этот белок накапливается в ядрах клеток растений, которые подвергаются воздействию длинных весенних дней, но быстро уничтожается, если наступают периоды короткого светового дня – осень и зима.

Arabidopsis thaliana, является эталонным растением, над которым постоянно проводят генетические эксперименты. Его геном был полностью расшифрован и состоит из 25000 генов. Дезактивация CONSTANS и любого из нескольких генов (у растений справа), отвечающих за цветение, препятствует Arabidopsis различать долгие и короткие дни.

Этот молекулярный кругооборот широко распространен в царстве растений и знание того, как растения начинают формировать цветки весной, может помочь увеличить урожаи, в том числе и хлебных злаков.

Приблизительно 80 лет назад, растения табака показывали, что отличают лето и зиму, измеряя длину дня и ночи. Этот процесс, названный фотопериодизмом, позже показал широкое распространение по всем растениям, и в добавок характерен для животных – у млекопитающих, птиц и насекомых. В дополнение к цветению, другие сезонные ответы на растениях управляются длиной дня, включая формирование картофельных клубней и образование почек на деревьях.

Первое крупное объяснение механизма фотопериодизма было предложено в 1930-ых Эрвином Бюннингом (1906-1990), работавшим в Йене, Кёнигсберге и с 1946 в Тюбингене. Много аспектов поведения растений показывают их ежедневные ритмы, типа движения листьев, чтобы оптимизировать подвергание воздействию светом солнца, или открытию и закрытию листьев, чтобы уменьшить потерю влаги в течение дня. Эти поведения управляются циркадными часами, внутренним таймером, который 24 часа отмеряет в один цикл. Бюннинг предположил, что циркадные часы могли также управлять фотопериодизмом. Он выдвинул гипотезу, что ритм, произведенный циркадными часами, управляет цветением, и что одна стадия этого ритма является чувствительной к свету. Этим способом, цветение происходило бы в течение долгих дней, а не короткими днями, как происходит на самом деле.

Гипотеза Бюннинга была усовершенствована за последние несколько лет. Оказалось, что цветением управляет изоляция генов.

Один из этих генов, CONSTANS, управляется циркадными часами так, что изобилие его гормональных выбросов в РНК клеток сохраняется спустя приблизительно 12 часов после начала цветения и остается высоким в течение ночи. Это характерное свойство заставляет ген быть активным, когда растение подвергнуто большому световому дню, но в короткие световые дни он выражен также, как и в темноте - ночью.

Определенные белки растения, которые обнаруживают синий и инфракрасный свет, фоторецепторы криптохром и фитохром-A, обязаны активизировать CONSTANS. Когда растение подвержено этим спектрам света в периоды длинного светового дня, фоторецепторы стабилизируют CONSTANS белок в ядре, позволяя ему активизироваться и стать катализатором запуска других генов, отвечающих за начало механизма цветения. Однако, в темноте эти фоторецепторы не активизированы, и CONSTANS белок тогда прикрепляется к маленькому белку, названному ubiquitin, который не дает ему стать активным (выключает). Таким образом, в короткие дни, хотя CONSTANS и присутствует в РНК клеток, сам активный белок его отсутствует.

Информация для контакта:

Prof. George Coupland
Max Planck Institute for Plant Breeding Research, Cologne
Tel.: +49 221 5062-205
Fax: +49 221 5062-207
E-mail: coupland@mpiz-koeln.mpg.de


Dr.BoT© Konspektiruem.ru