«Абсцизия — это процесс, при котором растения сбрасывают свои органы — лепестки, цветы, листья и плоды», — сказал О. Рахул Патаркар, научный сотрудник Отделения биологических наук и ведущий автор исследования. «Понимание процесса опадения цветков у модельного растения Arabidopsis thaliana обеспечивает основу для понимания этого фундаментального процесса во всех органах и у других видов растений».Самые ранние стадии опадения включают изменения в специальном слое клеток, называемом зоной опадения, у основания цветка. По мере созревания цветка клетки в этом слое начинают отделяться друг от друга по всей длине этой зоны, создавая чистый разрыв между основанием цветка и лепестками.
По мере увеличения трещины лепестки упадут и упадут на землю. Ученые давно задаются вопросом, как растение регулирует этот процесс разделения клеток, в частности, молекулярный механизм, который запускает этот процесс и приводит его в действие.«Мы знаем, что когда растение находится немного в стороне от опадания лепестков, активация генов уже начинается. Большая часть активности этого гена, которую мы называем транскрипцией, экспоненциально увеличивается за относительно короткое время, что в конечном итоге приводит к опаданию. , — сказал Патаркар.
Один из таких генов, активность которых усиливается, называется HAESA, ген, который, как известно, необходим для опадения цветков. Предыдущие исследования показали, что активность этого гена увеличивается в 27 раз с момента раскрытия цветочного бутона до момента, когда он решает опустить свои лепестки, то есть у Arabidopsis период около 2 дней.
В новом исследовании ученые идентифицируют две важные связи в механизмах, объясняющих это быстрое увеличение экспрессии гена HAESA.Основываясь на предыдущей работе, ученые обнаружили, что растения, которые сверхэкспрессируют белок, называемый AGL15, не активируют HAESA и не опускают лепестки цветов. Это открытие предполагает, что AGL15 является негативным регулятором HAESA, что означает, что он предотвращает экспрессию гена HAESA, блокируя его транскрипцию. Однако они также связывают этот белок с набором молекулярных переключателей, известных как MAP-киназы, которые ответственны за передачу очень раннего сигнала об отсоединении от HAESA и, в свою очередь, за передачу сигнала AGL15 для снятия его подавления HAESA.
Передача сигналов от HAESA к киназам MAP и AGL15, а затем обратно к HAESA, по существу, создает петлю положительной молекулярной обратной связи, которая приводит к быстрому увеличению экспрессии гена HAESA, наблюдаемому во время отторжения.«Петля положительной обратной связи обеспечивает экспоненциальное усиление сигнала, которое мы видим в выражении HAESA во время опускания», — сказал Патаркар. «Турбокомпрессор — хорошая аналогия, поскольку он также увеличивает мощность двигателя».Джон К. Уокер, кураторский профессор биологических наук и автор-корреспондент публикации, назвал полученные результаты «туром по силе» в исследовании абсцисс. «Исследование объединяет ряд различных генов и белков в новую модель, которая помогает объяснить, как растения точно контролируют опадение цветочных органов».Патаркар сказал, что понимание процесса — который, вероятно, также относится к опаданию листьев и фруктов — важно для понимания как развития растений, так и реакции на экологические очереди, такие как засуха и заражение вредителями.
Это также заинтересует производителей фруктов и срезанных цветов, которые хотят, чтобы их продукция оставалась на месте до сбора урожая.