Индукция цветения имеет большое значение с экологической и агрономической точки зрения. Своевременное и синхронное цветение необходимо для оптимизации опыления и обеспечения производства и созревания семян в благоприятных условиях окружающей среды. Факторы окружающей среды, включая, в частности, свет, регулируют время цветения, механизмы которого были предметом многих исследований. Однако эти эксперименты обычно проводились в вегетационных камерах в отсутствие УФ-В, типа излучения, которое является естественным компонентом солнечного света и, например, вызывает солнечные ожоги у людей. Команда из Женевского университета (UNIGE) обнаружила, что УФ-В может быть мощным индуктором цветения, но белок под названием RUP2 блокирует их действие, предотвращая раннее цветение. Эта работа опубликована в журнале Genes & Development.
У многих растений наблюдается так называемое фотопериодическое цветение, которое зависит от изменения длины дня и, следовательно, сезонных изменений. Некоторые из них зацветут, когда дни станут длиннее, другие, когда дни станут короче. Восприятие продолжительности дня этими растениями необходимо для контроля начала цветения в естественных экосистемах и обеспечения успешного размножения.
Понимание механизмов, работающих в этом процессе, также является серьезной проблемой для систем садоводства и сельскохозяйственного производства, чтобы оптимизировать урожайность. Растения способны воспринимать и «анализировать» свет, включая его интенсивность, цвет или продолжительность. Роман Ульм, профессор кафедры ботаники и биологии растений факультета естественных наук UNIGE, исследует, как растения используют эту информацию для управления цветением.
УФ-В излучение, забытый актер
Механизмы, участвующие в цветении, были изучены на модельном виде Arabidopsis thaliana (кресс-салат), который цветет в Швейцарии в основном в мае, когда дни становятся длиннее. «Большая часть исследований проводилась в вегетационных камерах, где искусственный свет не включает УФ-В, хотя он является неотъемлемой частью солнечного света. Таким образом, мы включили этот тип излучения, поскольку растения обладают рецепторами УФ-В, - говорит ученый.
В сотрудничестве с исследователями из университетов Лозанны, Тюбингена и Мюнхенского центра им. Гельмгольца в Нойхерберге (Германия) биологи продемонстрировали, что УФ-В-лучи потенциально могут вызывать цветение арабидопсиса в течение всего года. «Однако в короткие дни их действие блокируется белком RUP2», - объясняет Адриана Аронгаус, исследователь Женевской группы и первый автор исследования.
RUP2 - одна из стрелок годовых часов
Биологи начали понимать решающую роль RUP2, анализируя действующие молекулярные механизмы. «Независимо от сезона УФ-В может стимулировать выработку гормона цветения, белка FT, который мигрирует в меристему - ткань, обеспечивающую рост растения, - и перепрограммирует его на переход в фазу цветения. RUP2, в свою очередь, косвенно ингибирует выработку этого гормона и, таким образом, подавляет цветение», - добавляет биолог. Однако, когда дни удлиняются, фоторецепторы, присутствующие в листьях, индуцируют такое производство белков FT, что цветение начинается, несмотря на присутствие RUP2. Этот изменяющийся баланс в течение сезонов позволяет реализовать фотопериодическое цветение с RUP2 в качестве центрального действующего лица.
Индукция цветения под действием УФ-В была обнаружена у мутантных растений, лишенных RUP2. «Теперь мы хотели бы знать, существует ли эта роль УФ-В и важна ли она для других растений, и почему она была подавлена RUP2 во время эволюции арабидопсиса», - отмечает Роман Ульм. Обнаружив существование рецептора УФ-В, а также его влияние на рост и развитие растений, исследователь намеревается определить различные функции этого рецептора, которые можно было бы интегрировать в качестве параметров для изучения экологических и агропродовольственных систем.