Чтобы описать что-то как медленное и скучное, мы говорим, что это «как наблюдать за ростом травы», но ученые, изучающие раннюю утреннюю активность растений, обнаружили, что они быстро начинают свой день - в течение нескольких минут после рассвета.
Как восход солнца стимулирует утренний хор птиц, так и восход солнца стимулирует утренний всплеск активности растений.
Раннее утро - важное время для растений. Появление света в начале дня играет жизненно важную роль в координации процессов роста растений и является основным сигналом, который поддерживает внутренние часы растений в ритме с дневными и ночными циклами.
Эти внутренние циркадные часы помогают растениям подготовиться к дню, например, определить, когда лучше всего использовать солнечный свет, когда лучше открывать цветы для опылителей и выпускать пыльцу, а также когда готовиться к засухе.
Пик активности генов приходится на час рассвета; многие из этих генов кодируют факторы транскрипции - белки, которые регулируют экспрессию множества нижестоящих генов - с ролями, связанными со светом, стрессом и гормонами роста, но подробности того, как контролируется этот пик, не ясны.
Исследователи из лаборатории Сейнсбери Кембриджского университета (SLCU) и Университета Йорка решили изучить этот всплеск активности, чтобы лучше понять, что происходит на генетическом уровне. рассвет для измерения активности генов.
Мы решили более подробно охарактеризовать динамику «вспышки рассвета», сосредоточив внимание на экспрессии генов факторов транскрипции. Мы обнаружили три отчетливые волны экспрессии генов в течение двух часов после рассвета. Первый из них происходит всего через 16 минут после рассвета и длится всего 8 минут», - сказал доктор Мартин Бальцерович, исследователь из SLCU и первый автор исследования, опубликованного в Molecular Plant.
Известно, что многие из этих генов чувствительны к свету и температуре, но мы хотели выяснить, как конкретно координируется транскрипция этих генов. вызывают проблемы в экспрессии некоторых генов, но большая часть генов остается нетронутой. Это указывает нам на то, что некоторые восходящие пути являются избыточными и что в игру вступают дополнительные регуляторы».
Команда объединила свои данные с уже опубликованными данными о связывании факторов транскрипции и ДНК и на рассвете определила сеть регуляции генов, в основе которой лежат два ключевых регулятора передачи световых сигналов - HY5 и BBX31. Известно, что эти факторы транскрипции совместно контролируют деэтиоляцию, которая представляет собой переключатель развития, которому подвергается сеянец, когда он выходит из почвы, впервые подвергается воздействию света и начинает зеленеть и разворачивать свои листья. Похоже, что эти гены также играют центральную роль во время перехода от темноты к свету на рассвете.
«На самом деле, несколько генов BBX являются частью вспышки рассвета наряду с BBX31, HY5 и его гомологом HYH», - говорит доктор Бальцерович. «Эти гены включают в себя как положительные, так и отрицательные регуляторы реакции на свет. Мы обнаружили, что они действуют ниже по течению от фоторецепторов фитохрома и криптохрома, чтобы контролировать индуцированное светом подмножество генов утренней вспышки, при этом HY5 и BBX31 играют в значительной степени антагонистические роли. Это наблюдение усиливает идея о том, что гены HY5 и BBX действуют согласованно, чтобы точно настроить реакцию на свет в контексте цикла дня и ночи».
Доктор Дафна Эзер, преподаватель вычислительной биологии в Йоркском университете и старший автор исследования, исследует взаимодействие генов и окружающей среды посредством анализа генных сетей.«Изучая генные сети, мы можем интерпретировать, как растения интегрируют световые и температурные сигналы ранним утром, чтобы увлечь за собой циркадные часы. В совокупности наши результаты показывают, что передача сигналов фитохрома и криптохрома необходима для точной настройки транскрипционной реакции рассвета на свет, но отдельные пути могут надежно активировать большую часть программы в их отсутствие».
"Характеристика пика экспрессии генов, который мы наблюдаем в результате появления света, помогает нам понять, как растения реагируют на свет, и, в частности, для культур, выращенных при искусственном освещении, как эта вспышка рассвета влияет на долгосрочный рост."