Фитохромы — это фоторецепторные белки, которые контролируют ряд физиологических процессов у высших растений, включая прорастание семян, развитие проростков, индукцию цветения и избегание тени. Спектральный состав световой среды растения изменяется в зависимости от того, где оно растет: доля красного света высока в прямом солнечном свете, в то время как в тени растительности синий и красный свет отфильтровываются, а дальний красный становится более насыщенным. Фитохромы могут поглощать свет и действовать как молекулярные переключатели, управляемые светом.
В то время как красный свет в солнечном свете активирует фитохромы, дальний красный свет их инактивирует. На основании этого растения могут определять количество красного света в своей световой среде.
Активный фитохром B подавляет рост при удлинении и вместо этого способствует компактному росту растений. Он связывается с регуляторными последовательностями или промоторами определенных генов, участвующих, например, в регуляции элонгационного роста, таким образом контролируя их активность.Некоторое время известно, что фитохромы могут переходить из активного в неактивное состояние независимо от условий освещения. Этот процесс известен как темная реверсия.
Физиологи растений из Университета Фрайбурга ранее продемонстрировали, что инактивация фитохрома B через темновую реверсию может происходить в реакциях с двумя разными скоростями. Более медленный механизм возврата к темноте гарантирует, что количество активного фитохрома B постепенно снижается в течение ночи. Второй, примерно в 100 раз более быстрый процесс реверсии, конкурирует со световой активацией фитохрома B и, таким образом, позволяет растению измерять интенсивность света в течение дня. Кроме того, исследователи обнаружили, что скорость этих двух процессов инактивации сильно зависит от температуры.
Используя специальный метод спектроскопии, который позволяет измерить количество активного фитохрома B в живых проростках, ученые продемонстрировали, насколько температура влияет на две скорости темновой реверсии. Температурная зависимость более медленной реакции темновой реверсии определяет, как долго фитохром B остается активным в течение ночи и, следовательно, может связываться с промоторами гена.
При более высоких температурах фитохром В инактивируется быстрее и высвобождается из промоторов быстрее, чем при более низких температурах. Температура также влияет на активность фитохрома В в течение дня. При более высоких температурах исследователи обнаружили снижение уровня активной формы фоторецепторов уже в светлой фазе, что было вызвано температурной зависимостью механизма быстрой темновой реверсии.
Повышение температуры инактивирует фитохром B, особенно при слабом освещении, что, в свою очередь, способствует росту удлинения. Используя эти механизмы, растения могут адаптировать свое развитие к изменениям в окружающей среде.
В исследованиях участвовали д-р Корнелия Клозе, профессор д-р Андреас Хилтбруннер и профессор д-р Эберхард Шафер из отдела молекулярной физиологии растений Института биологии II Фрайбургского университета. Хитбруннер и Шафер являются членами кластера передового опыта Центра биологических сигнальных исследований BIOSS, также находящегося во Фрайбургском университете.