Gennetværk styrer, hvor mange blomster og frugter planter vil lave i kritisk vækstvindue

Planters evne til at producere blomster og frugt er en kritisk faktor for deres reproduktive succes og landbrugsudbytte. Nu har et team af forskere ledet af John Innes Center opdaget, at et plantegennetværk regulerer dette vitale vækststadium.

Undersøgelsen, offentliggjort i tidsskriftet Nature Plants, identificerede en hub af tre centrale gener, der fungerer som en master switch til at kontrollere timingen og antallet af producerede blomster. Forståelse af denne proces kan føre til at øge udbyttet af vigtige basisafgrøder såsom hvede og ris.

Planter står over for en konstant udfordring med at balancere vækst med produktion af blomster og frugt. De skal allokere deres begrænsede ressourcer mellem vegetativ vækst og reproduktive strukturer såsom blomster og frugt på det helt rigtige tidspunkt. Denne afvejning er især vigtig for afgrøder, hvor udbyttet afhænger af at skabe en balance mellem at producere tilstrækkeligt med blomster og korn.

Forskernes søgen efter generne, der styrer denne balance, førte dem til SEPALLATA-gruppen af ​​gener, som er kendt for at regulere udviklingen af ​​blomsterstrukturer i planter. De opdagede, at et specifikt protein produceret af et af SEPALLATA-generne, SEP3, fungerer som omdrejningspunktet for et netværk af gener og signalveje, der styrer blomstring.

Forskerne identificerede to andre gener, FUL og SOC1, der fungerer som master switches sammen med SEP3. Disse gener regulerer produktionen og opfattelsen af ​​plantehormonet gibberellin, som stimulerer blomstring.

For at bestemme SEP3's rolle i hub-netværket udviklede forskerne planter med reducerede eller forhøjede niveauer af SEP3-proteinet. Deres resultater viste, at netværket var bemærkelsesværdigt robust, med planter i stand til at opretholde relativt normale niveauer af blomstring under en bred vifte af SEP3-aktivitet. Dette tyder på, at netværket har udviklet sig til at sikre robust blomstring, afgørende for planters reproduktion og afgrødeudbytte.

Dr. Enrico Magnani, en postdoc-forsker ved John Innes Center og hovedforfatter af papiret, sagde:"Vores undersøgelse afslører de indviklede mekanismer, hvorved planter kontrollerer blomstringstiden, en egenskab af yderste vigtighed for planternes fitness og afgrødeproduktivitet. Ved at optrevle molekylære mekanismer, der understøtter denne proces, kan vi lægge grundlaget for at udvikle nye strategier til at forbedre afgrødeudbyttet og sikre fødevaresikkerhed."

Professor Dame Caroline Dean, en senior gruppeleder ved John Innes Center og medforfatter af undersøgelsen, sagde:"Denne opdagelse af det centrale SEP3-hub i reguleringen af ​​blomstring giver en hidtil uset mulighed for at manipulere plantevækst og udvikling til afgrødeforbedring. At forstå det genetiske grundlag for disse kritiske processer er et vigtigt skridt i retning af at udvikle nye værktøjer og teknologier til bæredygtigt landbrug."