Подсолнухи поворачиваются за Солнцем совсем не так, как думали ранее
То, как подсолнух каждый день поворачивает свою ярко-желтую голову, следуя за движением Солнца по небу, может быть весьма впечатляющим с точки зрения активности растений.
Теперь ученые обнаружили, что поворот происходит с помощью нового генетического механизма, который бросает вызов предыдущим исследованиям отличительного поворота подсолнуха.
«Это стало для нас полной неожиданностью», — сказала Стейси Хармер, профессор биологии растений Калифорнийского университета в Дэвисе и старший автор статьи.
Растения проявляют фототропизм, что буквально переводится как «поворот света». Этот сложный молекулярный, биохимический и клеточный процесс способствует росту растений в направлении светового стимула синего спектра, чтобы максимизировать важнейший для них процесс фотосинтеза.
Однако подсолнечник однолетний (Helianthus annuus) демонстрирует другой тип процесса — гелиотропизм, что означает «поворот Солнца», который долгое время считался особым типом фототропизма. В ходе этого процесса растения в течение дня изгибаются с востока на запад, следуя по пути Солнца, и это можно увидеть в таких цветах, как маргаритки, ипомея и маки.
Однако биологи обнаружили, что подсолнечник на самом деле имеет совершенно другой набор генов, участвующих в его особой разновидности гелиотропизма, а регуляция транскрипции генов демонстрирует совершенно другой механизм, который позволяет растению двигаться. Ранее считалось, что это поведение будет очень похоже на механизм фототропизма, управляемый фототропином.
«Кажется, мы исключили путь фототропина, но не нашли однозначного ответа», — сказала Стейси Хармер.
В ходе исследования биологи изучали, какие гены активируются у подсолнечника в помещении при выращивании в лаборатории, а какие транскрибируются естественным путем при солнечном свете на открытом воздухе.
Они обнаружили, что в помещении растения растут прямо навстречу свету, активируя гены, связанные с фототропинами, протеинкиназами рецепторов синего света, которые способствуют фототропизму. Но при выращивании на открытом воздухе подсолнухи продемонстрировали совершенно другую картину экспрессии генов, без каких-либо различий в фототропинах по бокам стеблей (у растений эта разница обычно приводит к движению стебля в сторону световых раздражителей).
«Несходство между экспрессией генов у гелиотропных растений при естественном освещении и фототропных растений при монохроматическом синем свете позволяет нам предположить, что множественные фоторецепторы способствуют гелиотропным движениям у подсолнечника», — отмечают исследователи в статье.
Команда также заблокировала синий, ультрафиолетовый, красный и инфракрасный свет по отдельности с помощью теневых коробок и увидела, что это не препятствует естественному гелиотропизму, что предполагает, что процесс «солнечного приветствия» представляет собой сложный путь, включающий комбинацию длин волн света.
Интересно, что когда подсолнухи перенесли из помещения на улицу, они сразу же начали следить за Солнцем в первый же день.
В результате на затененной стороне стебля возникла чрезмерная экспрессия генов, которая рассеялась после первого дня, что позволяет исследователям предположить, что подсолнечник совершал некоторую «перенастройку», переключая передачи, чтобы быстро адаптироваться к новому источнику света и активировал различные молекулярные пути, которые для этого необходимы.
Работа также показала, что лабораторные исследования могут дать лишь частичное представление о всей картине.
«То, что вы определяете в контролируемой среде, например в камере роста, может не сработать в реальном мире», — сказала Стейси Хармер.
Хотя ученые еще не определили гены, участвующие в особом гелиотропизме подсолнечника, они будут работать над этим, изучая регуляцию белка в растениях.
Исследование было опубликовано в журнале PLOS Biology.