Біологи рослин виявили, як соняшники використовують свій внутрішній циркадний годинник, діючи на гормони росту, щоб слідкувати за сонцем протягом дня, коли вони ростуть.

"Це перший приклад того, як годинник рослини регулює зростання в природному середовищі і має реальні наслідки для рослини", - говорить Стейсі Хармер, професор біології рослин в Університеті Каліфорнії, штат Девіс, і старший автор статті в журналі наука.

Хармер - молекулярний біолог, який вивчає циркадні годинники, як правило, в лабораторних установках Арабідопсис, що суттєво менше соняшнику. Раніше лабораторія Хармера виявила зв'язок між "годинниковими" генами та рослинним гормоном ауксином, який регулює ріст. Але дослідникам потрібен був приклад для роботи, і вони знайшли його в соняшнику.

Зіткнення з неправильним шляхом

Зростаючі соняшники починають день із головами на схід, протягом дня гойдаються на захід, а вночі повертаються назад на схід.

"Рослина передбачає час і напрямок світанку, і для мене це виглядає як причина мати зв'язок між годинником і шляхом зростання", - говорить Хармер. Вчені ще в 1898 році описали таку поведінку соняшників, але ніхто раніше не думав пов'язувати це з циркадними ритмами.

Хагоп Атаміан, докторський дослідник у лабораторії Хармера, у співпраці з лабораторією співробітника Бенджаміна Блекмена в Університеті Вірджинії (нині в університеті Берклі) провів серію експериментів із соняшниками в полі, у горщиках на відкритому повітрі та в кімнатних камерах росту. .

Розбиваючи рослини так, щоб вони не могли рухатися, або обертаючи рослини в горщиках щодня, щоб вони зіткнулись з неправильним шляхом, Атаміан показав, що він може порушити їх здатність відстежувати сонце. Слідом за сонцем рослини стимулюють ріст. Дослідники виявили, що соняшники, котрі не могли рухатись, зменшили біомасу та менше листя, ніж ті, що роблять це.

Коли рослини були переміщені в кімнатну камеру росту з нерухомим верхнім світлом, вони продовжували гойдатися вперед і назад протягом декількох днів. Саме такої поведінки можна очікувати від механізму, керованого внутрішніми годинниками, говорить Хармер.

Нарешті, кімнатні рослини знову почали відстежувати «сонце», коли видиме джерело освітлення переміщувалось по камері росту, включаючи та вимикаючи сусідні вогні протягом дня. Рослини могли надійно відстежувати рух і повертатися вночі, коли штучний день був близький до 24-годинного циклу, але не коли він був ближче до 30 годин.

Схід і Захід

То як рослини рухають свої стебла протягом дня? Атаміан наніс чорнильні крапки на стебла і зняв їх на відеокамеру. На уповільненому відео він міг виміряти мінливу відстань між крапками.

Коли рослини стежили за сонцем, східна сторона стебла зростала швидше, ніж західна, виявив він. Вночі західна сторона росла швидше, коли стебло хиталося в іншу сторону. Команда виявила ряд генів, які експресувались на більш високих рівнях на сонячній стороні рослини вдень або на іншій стороні вночі.

Хармер каже, що, як видається, у стеблі соняшнику працюють два механізми росту. Перший встановлює базову швидкість росту рослини на основі доступного світла. Другий, який контролюється циркадним годинником і під впливом напрямку світла, змушує стебло рости більше з одного боку, ніж інше, і тому протягом дня гойдається зі сходу на захід.

Коли соняшник дозріває і квітка розкривається, загальний ріст сповільнюється, і рослини перестають рухатися вдень і осідають на схід. Здається, це тому, що, оскільки загальний ріст сповільнюється, цілодобовий годинник гарантує, що рослина реагує сильніше на світло рано вранці, ніж вдень або ввечері, тому протягом дня воно поступово припиняє рух на захід.

'Бджоли люблять теплі квіти'

Чому взагалі зрілі соняшники дивляться на схід? Дослідники вирощували соняшник у горщиках у полі та повертали деякі із них на захід. Вимірявши квіти за допомогою інфрачервоної камери, вони виявили, що соняшники, спрямовані на схід, швидше нагріваються вранці, а також залучають у п’ять разів більше комах-запилювачів. Нагрівання переносним обігрівачем квітів, спрямованих на захід, повернуло до квітів більше запилювачів.

"Бджоли люблять теплі квіти", - каже Хармер.

"Як і люди, рослини покладаються на щоденні ритми дня і ночі, щоб функціонувати", - каже директор програми Енн Сільвестр. “Соняшники, як сонячні панелі, йдуть за сонцем зі сходу на захід. Ці дослідники використовують інформацію в геномі соняшнику, щоб зрозуміти, як і чому соняшники відстежують сонце ".

Додатковими співавторами статті є Нікі Кре з UC Davis та Еван Браун та Остін Гарнер з Університету Вірджинії. Роботу підтримала Програма досліджень геному рослин Національного наукового фонду.

джерело: UC Davis

Суміжні книги

at InnerSelf Market і Amazon