Døgn -uret sætter tempoet for plantevækst

Forskere ved Center for Research in Agricultural Genomics (CRAG) har opdaget, at medlemmerne af en proteinfamilie, der er forbundet med planternes interne ure, fungerer sekventielt for at begrænse plantevækst til natets slutning. Dette kan hjælpe forskere med at forstå, hvordan planter håndterer forskellige former for stress, der påvirker deres vækst, såsom tørke eller høj temperatur.

Nobelprisen i fysiologi eller medicin blev for nylig tildelt tre amerikanske forskere, Hal, Rosbash og Young, for deres "opdagelser af molekylære mekanismer, der styrer døgnrytmen." Takket være deres forskning, vi ved, at frugtfluer har et internt ur bygget af et sæt cellulære proteiner, hvis mængde svinger i perioder på 24 timer. Disse svingninger, som vedligeholdes autonomt, forklare, hvordan levende organismer tilpasser deres biologiske rytme, så den synkroniseres med Jordens rotation.

Planter, som dyr, også have et internt ur. Faktisk, de første hypoteser om eksistensen af ​​et døgnrytmsur i levende organismer kom med observation af blad- og blomsterbevægelser i planter. For eksempel, bladene af mimosa planter lukker om natten og åbner i løbet af dagen. I 1729, den franske astronom Jean Jacques d'Ortous de Mairan placerede en mimosa -plante i mørket og observerede, at, trods fraværet af lysstimulering, bladene åbnede og lukkede stadig rytmisk på det passende tidspunkt på dagen.

Dagens molekylære biologer ved, at Arabidopsis thaliana stængler forlænges lige før daggry, når dagene er korte (vinter). Undersøgelser i de senere år har vist, at denne forlængelse af stammen i de unge frøplanter styres af PIF -proteiner, hvis mobilakkumulering afhænger af sollys. Dermed, lys fremmer nedbrydningen af ​​PIF -proteiner i løbet af dagen. Om natten, imidlertid, PIF -proteiner akkumuleres inde i cellen, og lige før daggry, fremme væksten af ​​plantestammer. Men hvorfor vokser den unge stilk først før daggry og ikke i løbet af hele natten?

Svaret på dette spørgsmål kom med et arbejde udgivet i 2016 af forskergruppen Elena Monte. Denne undersøgelse opdagede, at et internt urprotein (TOC1 eller PRR1) fungerer som en port i løbet af natten, tillader PIF kun at handle i slutningen af ​​natten. Nu, en ny undersøgelse foretaget af den samme CRAG -forskergruppe, offentliggjort i denne uge i tidsskriftet Nuværende biologi , udvider disse resultater. Elena Monte, sammen med hendes team og samarbejdspartnere, har opdaget, at andre komponenter i den samme interne urproteinfamilie, PRR, handle sekventielt i løbet af dagen og det meste af natten for at undertrykke virkningen af ​​PIF -proteinerne.

Mængden af ​​de forskellige PRR -proteiner (PRR1, PRR5, PRR7 og PRR9) svinger sekventielt i 24-timers perioder. I slutningen af ​​natten, den samlede mængde PRR -proteiner i cellen når sit minimum, tillader virkning af PIF -proteiner, hvilken, på grund af fravær af lys, er på sit højeste af maksimal koncentration. Dermed, selvom nogle PIF -proteiner påvises i løbet af dagtimerne, de kan ikke fremme forlængelsen af ​​stammen indtil natets slutning, når porten åbner, sammenfaldende med de optimale fugtighedsforhold for forlængelsen.

"Vores resultater viser, at reguleringen af ​​plantevækst har udviklet sig i planter til at omfatte den orkestrerede sekventielle handling af PRR'erne. Dette demonstrerer PRR'ernes dobbelte rolle - som regulatorer af de centrale urkomponenter og som fysiologiske undertrykkere af vækst, "forklarer Elena Monte." Takket være denne undersøgelse, vi har lært, hvordan plantens døgnrytme påvirker plantevæksten, hvilket er en vigtig proces på det agronomiske niveau, "tilføjer Guiomar Martín, den første forfatter til værket, der i øjeblikket er på Gulbenkian Institute of Science (Portugal).

CDF5:et nyt nøglegen for stamvæksten

I det arbejde, der blev offentliggjort i denne uge i Nuværende biologi , forfatterne foretog en udtømmende analyse af interaktionerne mellem proteinerne og DNA'et fra Arabidopsis thaliana -planten. Denne analyse afslørede, at CDF5 -genet inducerer stamvækst lige før daggry. Forskere har vist, at ekspressionen af ​​CDF5 -genet er strengt reguleret af foreningen af ​​PIF -proteiner (som fremmer dets ekspression) og af PRR -urproteiner (som forhindrer dets ekspression). På denne måde, CDF5 akkumuleres specifikt under fasen før daggry, når det inducerer cellulær forlængelse og, følgelig, forlængelsen af ​​stammen.

For at kontrollere funktionen af ​​disse gener og proteiner, forskerne observerede væksten af ​​arabidopsis -planter, der bærer mutationer i disse gener. Planter, der havde mistet et af PRR-familiens gener (PRR7), blev længere end deres vildtype-modstykker. Det samme skete i planter, hvor forskerne modificerede CDF5 -genet, så det kunne udtrykkes i løbet af de 24 timer, uafhængigt af PIF- og PRR -handlingerne.