Многолетние растения цветут только по достижении определенного возраста и в зависимости от окружающей температуры.Два этих обстоятельства исключают возможность начала цветения растения в зимний период.
Джордж Коупленд и его коллеги ученые из Института селекционных исследований Макса Планка в Кельне обнаружили, что Резуха альпийская определяет свой возраст, исходя из числа коротких рибонуклеиновых кислот.Для многолетних растений характерны тщательно сбалансированные периоды роста и цветения, ведь только такой механизм гарантирует им, что они смогут прожить в течение многих лет.Они не цветут, если они еще слишком молоды и малы или не производят цветы на всех своих боковых побегах. Кроме того, они не цветут вне определённого сезона и продолжают расти после цветения.
В регионах с умеренным климатом многолетние растения не цветут зимой, а только после длительного воздействия холода. Такая зависимость от стимула в виде холода называется яровизацией.На сегодняшний день Джорджу Коупленду, Саре Бергонци, Марии Альбани и другим ученым из Института селекционных исследований Макса Планка удалось определить молекулярные сигналы, используемые многолетней резухой альпийской (Arabis Alpina) для определения собственного возраста и яровизации.
Цветы начинают формироваться только тогда, когда растение достигает подходящего возраста и после того, как холод окажет свой эффект.Альпийская резуха определяет свой возраст, основываясь на концентрации короткой рибонуклеиновой кислоты известной как miR156. Чисто регуляторная нуклеиновая кислота, miR156 работает как песочные часы.Так же, как песок, перетекающий в песочных часах, показывает количество прошедшего времени, так же и уменьшающаяся с каждой неделей концентрация этой рибонуклеиновой кислоты в резухе альпийской позволяет растению измерить свой возраст.
Когда концентрация рибонуклеиновой кислоты достигает самого низкого уровня, растение становится достаточно взрослым для формирования цветов, правда лишь в том случае, если оно уже подверглось яровизации.В нормальных условиях эта точка достигается в промежуток между пятой и шестой неделями после прорастания, – рассказывает Джордж Коупленд. Мы можем изменить время цветения и эффект яровизации просто за счёт манипуляций с концентрацией miR156.
Если альпийская резуха в результате генетического трюка производит особенно большое количество miR156, то она не зацветает в обычное время. Избыток miR156 вызванный таким чрезмерным производством действует на запускающую формирование цветка группу белков как тормоз.Если же генетический трюк заставляет растение производить меньше miR156, чем обычно, то и формирование цветка происходит раньше: альпийская резуха демонстрирует чувствительность к яровизации всего лишь через три недели после прорастания.
Следовательно, рибонуклеиновая кислота является самым важным часовым механизмом образования цветков у альпийской резухи. Яровизация оказывает свой эффект и приводит к формированию цветов, только когда уровень miR156 достигает самой нижней точки.У близкородственной модели однолетней резуховидки Таля или арабидопсиса, влияние данной рибонуклеиновой кислоты менее выражено.
Если погодные условия очень хорошие, то арабидопсис цветёт даже при наличии достаточно большого количества miR156.И только когда в течение длительного времени держится плохая погода, это растение полагается на свой возраст и откладывает цветение до тех пор, пока концентрация рибонуклеиновой кислоты не достигнет самого низкого уровня.Такой подход гарантирует, что арабидопсис зацветёт даже в серое и холодное лето, – объясняет Коупленд.
Будучи однолетним растением, арабидопсис вынужден ускорять свой жизненный цикл и старается достичь возраста цветения как можно быстрее и тем самым образовать семена.При благоприятных погодных условиях концентрация miR156 попросту игнорируется.
Многолетние травянистые растения, наоборот, строго руководствуются своим возрастом и яровизацией.Причина, по которой не все боковые побеги альпийской резухи цветут одновременно, также объясняется miR156.Эти побеги образуются один за другим, и, следовательно, не все они одного возраста с основным побегом, который цветёт первым.Для того, чтобы растение стало чувствительным к яровизации и начало формирование цветка, концентрация miR156 должна снижаться в каждом боковом побеге индивидуально.
Такая разница в возрасте в пределах одного растения объясняет, почему некоторые побеги цветут каждый год, а другие зацветут только в следующем сезоне, после зимы. Коупленд и его коллеги ученые изучали и то, как альпийская резуха реагирует на яровизацию.Они смогли показать, что это происходит независимо от miR156. Эффект холодового раздражителя заставляет исчезать в течение зимы другой белок, который действует в качестве тормоза для формирования цветка.
У этого белка несколько загадочное название – PEP1. Он блокирует важный ген цветения. Ген может быть прочитан, только когда PEP1 исчезает после зимних холодов. Что касается практической пользы данных исследований, то, по словам Коупленда, это даёт нам возможность манипулировать концентрацией miR156, чтобы заставить растения цвести, когда они моложе, а это, в свою очередь, позволит ускорить их размножение.
Например, при выращивании новых сортов капусты, таких как цветная, белокочанная или листовая. Все эти члены капустного семейства проходят через длительную фазу взросления, и это значительно затягивает эксперименты по разведению новых сортов.
