Biolodzy roślin odkryli, w jaki sposób słoneczniki wykorzystują swój wewnętrzny zegar dobowy, działając na hormony wzrostu, aby podążać za słońcem w ciągu dnia, gdy rosną.
„To pierwszy przykład, w którym zegar roślinny moduluje wzrost w środowisku naturalnym i ma realne reperkusje dla rośliny”, mówi Stacey Harmer, profesor biologii roślin na Uniwersytecie Kalifornijskim w Davis i starszy autor artykułu w czasopiśmie. nauka.
Harmer jest biologiem molekularnym, który bada zegary dobowe, zwykle w zakładzie laboratoryjnym Arabidopsis, który jest wyraźnie mniejszy od słonecznika. Wcześniej laboratorium Harmera odkryło powiązania między genami „zegara” a auksyną hormonu roślinnego, która reguluje wzrost. Ale naukowcy potrzebowali przykładu do pracy i znaleźli go w słoneczniku.
Stawiam czoła złej drodze
Uprawa słoneczników zaczyna dzień z głowami skierowanymi na wschód, przez cały dzień skręcając na zachód, a nocą zawracają na wschód.
„Roślina przewiduje czas i kierunek świtu i wydaje mi się, że jest to powód, aby mieć związek między zegarem a ścieżką wzrostu” – mówi Harmer. Naukowcy już w 1898 roku opisali to zachowanie słoneczników, ale nikt wcześniej nie pomyślał o powiązaniu go z rytmami dobowymi.
Hagop Atamian, doktor habilitowany w laboratorium Harmera, we współpracy z laboratorium współpracownika Benjamina Blackmana z Uniwersytetu Wirginii (obecnie UC Berkeley), przeprowadził serię eksperymentów ze słonecznikami na polu, w doniczkach na zewnątrz i w komorach wzrostu .
Stawiając rośliny tak, aby nie mogły się poruszać, lub obracając rośliny doniczkowe codziennie tak, aby były skierowane w niewłaściwą stronę, Atamian wykazał, że może zakłócić ich zdolność śledzenia słońca. Podążanie za słońcem zapewnia roślinom bodziec wzrostu. Naukowcy odkryli, że słoneczniki ustawione tak, aby nie mogły się poruszać, mają mniejszą biomasę i mniejszą powierzchnię liści niż te, które to robią.
Kiedy rośliny zostały przeniesione do wewnętrznej komory wzrostowej z nieruchomym górnym światłem, nadal kołysały się tam i z powrotem przez kilka dni. Takiego zachowania można by się spodziewać po mechanizmie napędzanym wewnętrznym zegarem, mówi Harmer.
Wreszcie rośliny domowe zaczęły ponownie śledzić „słońce”, gdy widoczne źródło światła zostało przesunięte przez komorę wzrostu, włączając i wyłączając sąsiednie światła w ciągu dnia. Rośliny mogły niezawodnie śledzić ruch i powracać w nocy, gdy sztuczny dzień zbliżał się do cyklu 24-godzinnego, ale nie, gdy zbliżał się do 30 godzin.
Wschód i zachód
Jak więc rośliny poruszają łodygami w ciągu dnia? Atamian nałożył kropki atramentu na łodygi i sfilmował je kamerą wideo. Na filmie poklatkowym mógł zmierzyć zmieniającą się odległość między kropkami.
Odkrył, że kiedy rośliny śledziły słońce, wschodnia strona łodygi rosła szybciej niż zachodnia. W nocy zachodnia strona rosła szybciej, gdy łodyga obracała się w drugą stronę. Zespół zidentyfikował szereg genów, które ulegały ekspresji na wyższych poziomach po słonecznej stronie rośliny w ciągu dnia lub po drugiej stronie w nocy.
Harmer twierdzi, że w łodydze słonecznika działają dwa mechanizmy wzrostu. Pierwsza określa podstawową szybkość wzrostu rośliny, opartą na dostępnym świetle. Druga, kontrolowana przez zegar dobowy i pod wpływem kierunku światła, powoduje, że łodyga rośnie bardziej z jednej strony niż z drugiej, a zatem kołysze się ze wschodu na zachód w ciągu dnia.
Gdy słonecznik dojrzewa, a kwiat się otwiera, ogólny wzrost spowalnia, a rośliny przestają się poruszać w ciągu dnia i osadzają się w kierunku wschodnim. Wydaje się, że dzieje się tak dlatego, że gdy ogólny wzrost spowalnia, zegar dobowy zapewnia, że roślina silniej reaguje na światło wczesnym rankiem niż po południu lub wieczorem, więc stopniowo przestaje poruszać się na zachód w ciągu dnia.
„Pszczoły lubią ciepłe kwiaty”
Dlaczego dojrzałe słoneczniki zwrócone są na wschód? Naukowcy uprawiali słoneczniki w doniczkach na polu, a niektóre z nich obracali na zachód. Mierząc kwiaty kamerą na podczerwień, odkryli, że słoneczniki skierowane na wschód nagrzewały się rano szybciej, a także przyciągały pięć razy więcej owadów zapylających. Podgrzewanie kwiatów zwróconych na zachód za pomocą przenośnego grzejnika przyniosło więcej zapylaczy z powrotem do kwiatów.
„Pszczoły lubią ciepłe kwiaty” – mówi Harmer.
„Podobnie jak ludzie, rośliny potrzebują rytmu dnia i nocy, aby funkcjonować” — mówi dyrektor programu, Anne Sylvester. „Słoneczniki, podobnie jak panele słoneczne, podążają za słońcem ze wschodu na zachód. Badacze ci wykorzystują informacje w genomie słonecznika, aby zrozumieć, jak i dlaczego słoneczniki śledzą słońce”.
Dodatkowymi współautorami artykułu są Nicky Creux z UC Davis oraz Evan Brown i Austin Garner z University of Virginia. Prace wsparł Program Badań nad Genomem Roślin Narodowej Fundacji Nauki.
Źródło: UC Davis
Powiązane książki
at Rynek wewnętrzny i Amazon
