Зима - не время для цветения, поэтому так много растений развили способность ждать, пока растает снег, прежде чем вкладывать драгоценные ресурсы в цветение.
Пробуждение для цветения с наступлением более теплых и длинных весенних дней, когда опасность разрушительных заморозков отступает, требует процесса, называемого яровизацией, при котором цветение блокируется до тех пор, пока растение не почувствует достаточное похолодание. Исследователи из Университета Висконсин-Мэдисон определили ген, который удерживает травы от начала цикла цветения до наступления подходящего сезона. Это открытие может помочь селекционерам и инженерам получить больше от пищевых и энергетических культур.
"Для многих растений - хорошим примером являются некоторые сорта пшеницы - выгодно укореняться осенью, но избегать цветения до того, как станет совсем холодно", - говорит Рик Амасино, профессор биохимии и генетики Университета Вашингтона в Мэдисоне.. «Укореняясь осенью, такие растения могут в полной мере воспользоваться окном вегетационного периода, когда оно открывается весной».
Многое было сделано для идентификации генов, участвующих в цветении, в том числе одного у трав, называемого VRN1, который помогает запустить процесс яровизации, побуждая к действию группы других генов. Но то, что удерживает VRN1 под контролем, поэтому цветение не происходит осенью или в зимнее теплое время, было неясно, пока Амасино, постдокторский исследователь Дэниел Вудс и другие не начали помещать небольшую средиземноморскую траву под названием Brachypodium, или ложный фиолетовый кострец, через ложный холода в лабораторных холодильниках.
"Понимание генетики, лежащей в основе сложных процессов, сложно для многих видов сельскохозяйственных культур, поэтому мы использовали небольшое растение с компактным геномом в качестве модели, чтобы понять молекулярные основы того, как устанавливается требование яровизации", говорит Вудс, первый автор исследования, опубликованного в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.«Мы обнаружили ген, который подавляет ген VRN1 перед наступлением зимы».
Сравнение ДНК растений Brachypodium, которые придерживаются типичного перехода от холода к теплу перед цветением, с ДНК мутантных версий травы, которые цветут без типичного ожидания, указало исследователям на ген, который они называют RVR1 (за его роль в подавлении VRN1).
Они подозревают, что RVR1 служит той же цели в других травах умеренного пояса, которые требуют яровизации, группы, которая играет огромную роль в нашей жизни.
«Травы, в том числе кукуруза, пшеница, овес, рожь и ячмень, обеспечивают более 80 процентов нашего потребления калорий во всем мире», - говорит Вудс. «Один только рис в некоторых странах содержит до 70 процентов калорий. Но если объединить продукты, которые мы едим напрямую, а также животных, от которых мы зависим, которые также едят траву, становится ясно, что травы заставляют мир вращаться».
Хотя недавно идентифицированный ген, вероятно, будет интересен селекционерам зерновых культур, все эти травяные калории питают больше, чем тело, говорит Амасино, чья работа поддерживается Национальным научным фондом и США. S. Исследовательский центр биоэнергетики Великих озер Министерства энергетики США (GLBRC).
Просо просо, которое представляет интерес в качестве сырья для производства биотоплива, такого как этанол, не беспокоит яровизация. Он растет медленно и цветет в начале лета на верхнем Среднем Западе.
«Мы думаем, что есть большая вероятность того, что взятие гена RVR1 из Brachypodium и внедрение его в просо просо задержит цветение проса», - говорит Амасино. «Отсрочка цветения проса в различной степени может повлиять на урожайность и повысить ее».
Лаборатория Амасино будет сотрудничать с исследователями GLBRC в этой работе и продолжит изучение различных видов Brachypodium, адаптированных к зимам с различными температурами и длинами.
"Как один сорт развил систему, настроенную на 16 недель холода? Как другой развился всего за две недели холода? В чем генетическая разница между требованием короткой зимы и длинной зимой?" - говорит Амасино.«Травы - действительно важные культуры, и эта модель изучения цветения может многое рассказать нам о том, как они работают».