Они узнают, почему подсолнухи всегда следуют за Солнцем

Поскольку растения укоренены в одном месте, они не могут встать и двигаться, когда сосед загораживает им свет или они прорастают в тенистом месте. Вместо этого они полагаются на рост или удлинение, чтобы двигаться к свету. Существует несколько молекулярных систем, способствующих таким реакциям, наиболее известной из которых является фототропизм: способность расти в направлении источника света.

Ученые предположили, что гелиотропизм подсолнечника будет основан на том же основном механизме, который управляется молекулой под названием фототропин и реагирует на свет в синем конце спектра.

Однако биологи из Калифорнийского университета в Дэвисе (Калифорния, США) объясняют во вторник в журнале: «ПЛОС Биология» что подсолнечники используют новый и отличный от ранее принятого мнения механизм, гораздо более сложный. «Это было для нас полной неожиданностью», — говорит Стейси Хармер, профессор биологии растений Калифорнийского университета в Дэвисе и ведущий автор статьи.

С востока на запад

Подсолнухи двигают головками, вырастая немного больше на восточной стороне стебля (подталкивая головку к западу) в течение дня и немного больше на западной стороне ночью, поэтому головка поворачивается на восток. Он лаборатория Хармера в Школе биологических наук Калифорнийского университета в Дэвисе ранее продемонстрированный как подсолнухи используют свои внутренние циркадные часы, чтобы предвидеть восход солнца и согласовывать раскрытие цветов с появлением утренних насекомых-опылителей.

В новом исследовании ученые изучили, какие гены активируются (транскрибируются) у подсолнечника, выращенного в помещении в лабораторных камерах выращивания, и у подсолнечника, выращенного под солнечным светом на открытом воздухе.

В помещении подсолнухи росли прямо навстречу свету, активируя гены, связанные с фототропином. Но растения, выращенные на открытом воздухе и двигающие головой вместе с Солнцем, продемонстрировали совершенно иную картину экспрессии генов. Не было очевидной разницы в фототропине ​​между одной стороной стебля и другой.

Исследователи еще не определили гены, участвующие в гелиотропизме. «Кажется, мы исключили путь фототропина, но не нашли четких доказательств», — говорит Хармер.

Блокирование синего, ультрафиолетового, красного или дальнего красного света с помощью теневых коробок не оказало влияния на реакцию гелиотропизма. Это показывает, что, вероятно, существует несколько путей, реагирующих на разные длины волн света, для достижения одной и той же цели. Подсолнухи «используют разные молекулярные пути для инициирования и поддержания отслеживания движений, а фоторецепторы, наиболее известные как вызывающие искривление растений, по-видимому, играют второстепенную роль в этом замечательном процессе», — подчеркивает исследователь. Следующие работы будут посвящены анализу регуляции белков в растениях.

“Перемонтированный”

Подсолнухи быстро учатся. Когда выращенные в лаборатории растения вынесли на улицу, они начали следовать за солнцем в первый же день. Такое поведение сопровождалось всплеском экспрессии генов на затененной стороне растения, который не повторялся в последующие дни. Это говорит о том, что происходит своего рода «перемонтирование».

По словам Хармера, это открытие не только открывает ранее неизвестные пути восприятия света и роста растений, но и имеет большое значение. «То, что создается в контролируемой среде, например в камере роста, может не работать в реальном мире», — отмечает он.