Многолетние растения тщательно уравновешивают периоды роста и цветения, чтобы они могли жить долгие годы. Они не цветут, когда они еще слишком молоды и маленькие, и не цветут на всех боковых побегах. Кроме того, они не цветут вне сезона и продолжают расти после цветения. В регионах с умеренным климатом они не цветут зимой, а только после длительного периода холода.
Эта зависимость от холодового раздражителя называется яровизацией. Джордж Купленд, Сара Бергонци, Мария Альбани и другие ученые из Института исследований селекции растений имени Макса Планка определили молекулярные сигналы, используемые многолетним альпийским каменным крессом (Arabis alpina) для регистрации его возраста и понимания того, что он подвергся яровизации. . Только по достижении подходящего возраста и появлении озноба могут начать формироваться цветы.
Возраст альпийского кресс-салата основан на концентрации короткой рибонуклеиновой кислоты, известной как miR156. Чисто регуляторная нуклеиновая кислота miR156 работает как песочные часы.
Подобно тому, как песок просачивается сквозь песочные часы и указывает количество прошедшего времени, так и концентрация рибонуклеиновой кислоты в альпийском кресс-салате уменьшается от недели к неделе, что позволяет растению определять свой возраст. Когда уровень рибонуклеиновой кислоты достигает минимального уровня, растение становится достаточно взрослым для образования цветков, когда оно также подвергается яровизации.«В нормальных условиях этот момент достигается через пять-шесть недель после прорастания», — говорит Джордж Коупленд. «Мы можем изменить время цветения и эффект яровизации, просто манипулируя концентрацией miR156».
Если альпийский кресс-салат производит особенно большое количество miR156 в результате генетической уловки, он не зацветает в обычное время. Избыток miR156, вызванный этим чрезмерным продуцированием, действует как тормоз для группы белков, которые вызывают образование цветков. Если генетический трюк заставляет растение производить меньше miR156, чем обычно, цветение происходит раньше: альпийский кресс-салат чувствителен к яровизации всего через три недели после прорастания. Следовательно, рибонуклеиновая кислота является наиболее важным синхронизирующим механизмом для формирования цветов у альпийского кресс-салата.
Только когда он достигнет своей самой низкой точки, яровизация может дать эффект и вызвать образование цветов.У близкородственного модельного растения Arabidopsis thaliana, однолетника, действие рибонуклеиновой кислоты менее выражено. Если погодные условия очень хорошие, он также цветет в присутствии довольно большого количества miR156.
Только когда погода плохая в течение длительного периода, он полагается на свой возраст и откладывает формирование цветков до тех пор, пока концентрация рибонуклеиновой кислоты не достигнет самого низкого уровня. «Это гарантирует, что арабидопсис цветет даже в серое и холодное лето», — поясняет Коупленд. Как однолетнее растение, оно вынуждено ускорять свой жизненный цикл и как можно быстрее достигать возраста цветения, тем самым формируя семена.
Концентрация miR156 просто отменяется при благоприятных погодных условиях. Напротив, многолетние растения строго регулируются по возрасту и яровизации.Причина, по которой не все боковые побеги альпийского кресс-салата сразу, также объясняется miR156.
Эти побеги формируются один за другим и, следовательно, не все одного возраста с основным побегом, который зацветает первым. Концентрация miR156 должна снижаться в каждом боковом побеге индивидуально, чтобы он был чувствителен к яровизации и сформировал цветок.
Эти разные возрасты внутри растения — это то, что заставляет одних топоров цвести каждый год, а у других цвести только в следующем сезоне, после зимы.Так как же альпийский кресс-салат реагирует на яровизацию?Это был еще один вопрос, который изучал Коупленд и его коллеги-ученые.
Они смогли продемонстрировать, что это происходит независимо от miR156. Под действием холода другой белок, который тормозит формирование цветов, исчезает зимой. Этот белок носит несколько загадочное название PEP1. Блокирует важный ген цветения.
Ген может быть прочитан только тогда, когда PEP1 исчез из-за зимнего холода.И в чем практическая польза от этого исследования?«Это позволяет нам управлять концентрацией miR156, чтобы растения цвели, когда они моложе. Это может ускорить их размножение», — говорит Коупленд. «Например, при выращивании новых сортов капусты, таких как цветная капуста, белокочанная или кудрявая капуста.
Все эти представители семейства капустных также проходят долгую фазу молодости, и это может значительно задержать эксперименты, необходимые для выведения новых сортов».