Новости химической науки > Биохимия весеннего пробуждения цветов

Мы всегда ассоциируем приход весны с прилетом птиц, появлением насекомых, набухающими почками на деревьях и началом цветения. Однако механизм того, как растения «узнают» о том, что им уже пора пробуждаться от долгого зимнего сна до настоящего времени оставался загадкой.

Специалист по молекулярной биологии из Университета Техаса (Остин) Сибум Сунг (Sibum Sung), считает, что он выяснил, как механизм защиты цветковых растений от холодной погоды, не позволяющий им цвести и расправлять листья раньше времени, работает на клеточном уровне.

Во многих районах приход настоящей весны ассоциируется с цветением нарциссов.

Изучение молекулы ДНК небольшого растения семейства крестоцветных Arabidopsis позволило Сунгу определить, что особенности генома этого растения позволяют запустить или остановить синтез определенной сигнальной молекулы.

Когда растения «засыпают», готовясь к приходу зимы, эта молекула не вырабатывается организмом растений, а ее отсутствие подавляет способность растения к образованию цветов. Однако после 20 дней непрерывной холодной погоды в организме растения начинается выработка этой молекулы, и другой ген получает сигнал о прекращении подавления цветообразования и начале подготовке к весне, после чего растение «готовит себя» к потеплению еще в течение 10-20 дней. Было обнаружено, что без 20 дней отрицательных температур эта сигнальная молекула не вырабатывается организмом растения, даже если внезапоно наступает оттепель.

Сунг предполагает, что за миллионы лет эволюции растений эта молекула (она получила название COLDAIR) стала играть роль клеточной памяти для многих поколений растений, давая им знать, что зимние месяцы прошли, и растения могут безопасно готовиться к весне.

Конечно, решены не все загадки, связанные с переходом растений на весеннее время. Сунг заявляет, что он и исследователи из его группы все еще работают над решением вопроса – как растение определяет, что низкие температуры стояли, по крайней мере,20 дней. Исследователи допускают, что детали механизма «молекулярного будильника для растений», включая вовлеченные в сигнальную систему гены могут быть индивидуальными для цветковых растений различного типа, однако общие принципы пробуждения цветов от зимней спячки, скорее всего, одинаковы. Причиной этого обстоятельства может заключаться в ранних этапах эволюции цветковых растений.

Эволюция цветковых растений началась 150 миллионов лет назад, когда климат на Земле был значительно теплее, то есть растениям пришлось учиться приспосабливаться к зиме совсем недавно, если, конечно, судить по геологическим меркам.

Механизмы, выработанные растениями в качестве отклика на похолодание, могли развиваться независимо, поэтому различные растения разработали свои уникальные системы по противодействию зимнему времени. Сунг отмечает, что одна из целей дальнейшей работы – выяснение того, как эволюционировали механизмы адаптации различных видов цветковых растений к зимнему сезону и переходу от зимы к весне.

Слишком быстрые изменения климата Земли могут затруднять приспособляемость организмов к изменению погодных условий, при этом современное потепление климата и, как следствие, ранее наступление весны, представляет еще одну проблему для растений – ранее цветение «рассинхронизировано» по времени с пробуждением опыляющих насекомых, что отрицательно влияет на размножение растений.

Источник: Science, 2011, 331, 76; DOI: 10.1126/science.1197349

метки статьи: #биохимия, #молекулярная биология, #химическая эволюция