Биологи растений обнаружили, как подсолнечники используют свои внутренние циркадные часы, действуя на гормоны роста, чтобы следить за солнцем в течение дня по мере их роста.

«Это первый пример того, что часы, модулирующие рост растений в естественной среде и имеющие реальные последствия для растения, - говорит Стейси Хармер, профессор биологии растений в Калифорнийском университете, Дэвис и старший автор статьи в журнале Наука.

Хармер - молекулярный биолог, который изучает циркадные часы, обычно на лабораторном заводе Arabidopsis, что заметно меньше, чем подсолнечник. Раньше лаборатория Harmer обнаруживала связи между «часовыми» генами и растительным гормоном auxin, который регулирует рост. Но исследователям нужен пример для работы, и они нашли его в подсолнечном.

Неправильно

Растущие подсолнухи начинают день, когда их головы обращены на восток, качаются на запад в течение дня и возвращаются на восток ночью.

«Завод предвидит время и направление рассвета, и для меня это похоже на причину, чтобы иметь связь между часами и траекторией роста», - говорит Хармер. Ученые еще в 1898 описали это поведение подсолнечника, но никто ранее не думал связать его с циркадианными ритмами.

Хагоп Атамиан, докторант-исследователь в лаборатории Хармера, в сотрудничестве с лабораторией сотрудника Беньямана Блэкмана в Университете Вирджинии (сейчас в Калифорнийском университете в Беркли) провел серию экспериментов с подсолнухами в полевых условиях, в горшках на открытом воздухе и в комнатных комнатах для роста ,

Забрасывая растения, чтобы они не могли двигаться, или превращая горшечные растения в повседневную жизнь, чтобы они столкнулись с неправильным способом, Атамиан показал, что он может нарушить их способность отслеживать солнце. После солнца обеспечивает рост растений. Исследователи обнаружили, что подсолнухи, которые не могут двигаться, уменьшили количество биомассы и меньше площади листьев.

Когда растения были перемещены в крытую камеру роста с неподвижным верхним светом, они продолжали качаться назад и вперед на несколько дней. Это то поведение, которое вы ожидаете от механизма, управляемого внутренними часами, говорит Хармер.

Наконец, комнатные растения снова начали отслеживать «солнце», когда кажущийся источник освещения был перемещен через камеру роста, включив и выключив в течение дня соседние огни. Растения могли надежно отслеживать движение и возвращаться ночью, когда искусственный день близок к циклу 24-hour, но не тогда, когда он был ближе к 30 часам.

Восток и Запад

Итак, как растения двигают свои стебли в течение дня? Атамиан положил чернила на стебли и снял их с помощью видеокамеры. На видео с временным интервалом он мог измерить изменение расстояния между точками.

Когда растения следили за солнцем, восточная сторона стебля росла быстрее, чем западная сторона. Ночью западная сторона росла быстрее, когда стебель качнулся в другую сторону. Команда определила ряд генов, которые были выражены на более высоких уровнях на солнечной стороне растения в течение дня или с другой стороны в ночное время.

Хармер говорит, что в стебле подсолнечника работают два механизма роста. Первый устанавливает базовую скорость роста для завода, основываясь на доступном свете. Второе, контролируемое циркадными часами и под влиянием направления света, заставляет стержень расти больше на одной стороне, чем другой, и поэтому распространяется на восток на запад в течение дня.

Когда подсолнечник созревает, и цветок открывается, общий рост замедляется, и растения прекращают движение в течение дня и располагаются лицом к востоку. Это связано с тем, что, поскольку общий рост замедляется, циркадные часы гарантируют, что растение реагирует более интенсивно, чтобы загореться рано утром, чем днем ​​или вечером, поэтому оно постепенно перестает двигаться на запад в течение дня.

«Пчелы любят теплые цветы»

Почему зрелые подсолнухи смотрят на восток, во всяком случае? Исследователи выращивали подсолнухи в горшках на поле и поворачивали некоторые из них на запад. Измеряя цветки с помощью инфракрасной камеры, они обнаружили, что подсолнухи с восточной стороны нагреваются быстрее по утрам, а также привлекают в пять раз больше опыляющих насекомых. Нагревание на западных цветов с помощью переносного нагревателя привело к тому, что на цветы снова появилось много опылителей.

«Пчелы любят теплые цветы, - говорит Хармер.

«Как и люди, растения полагаются на ежедневные ритмы дня и ночи, чтобы функционировать», - говорит директор программы Энн Сильвестр. «Подсолнухи, как и солнечные панели, следуют за солнцем с востока на запад. Эти исследователи используют информацию в геноме подсолнечника, чтобы понять, как и почему подсолнухи отслеживают солнце ».

Дополнительными соавторами статьи являются Никки Кре в UC Davis, Эван Браун и Остин Гарнер из Университета Вирджинии. Программа исследований генома растений Национального научного фонда поддержала эту работу.

Источник: UC Davis

Книги по этой теме

at Внутренний рынок самовыражения и Amazon