Исследователи из Швеции и США заставили цвести четырехнедельные тополя, которые в природе начинают цвести самое раннее на восьмом году жизни. С помощью генной инженерии они ввели в стебли активный «ген цветения». Оказалось, что у деревьев, как и у однолетних растений, работа «гена цветения» регулируется системой фотозависимых белков. В отличие от однолетников, взаимосвязанные фотогены и гены цветения вызывают также сезонную приостановку роста и закладку зимующих почек. Ученые доказали, что слаженная работа генов цветения и фотогенов позволяет настраивать жизненный цикл растений в условиях разных широт и температур.
Однолетние травы цветут и отмирают каждый год. Такова их жизненная стратегия. В отличие от них долгоживущие деревья начинают цвести через много лет после прорастания. Значит ли это, что у однолетников и деревьев начало цветения регулируется разными генами? Вопрос не праздный, и уж точно не чисто академический: знание механизмов цветения и созревания деревьев необходимо для разработки новых методов восстановления уничтоженных лесов, акклиматизации растений в новых условиях, а также для ускорения цветения долгорастущих садовых растений - на радость любителям-садоводам.
У однолетних растений (например, у арабидопсиса – излюбленного модельного объекта генетиков) существует специальный ген цветения, который работает в паре с геном, кодирующим фоточувствительный белок. Когда световой день становится достаточно длинным, фоточувствительный белок накапливается в клетках, в результате чего включается ген цветения - и вот они, весенние цветы.
Оказалось, что у тополей и осин имеется ген, схожий по последовательности нуклеотидов с геном цветения арабидопсиса. Генетики из Швеции и США, изучившие работу этого гена, пришли к выводу, что он регулирует цветение деревьев точно так же, как его аналог управляет цветением арабидопсиса. Чтобы доказать это, ученые взяли кусочки стебля четырехнедельных ростков тополя, с помощью генно-инженерных методик ввели в ростки работающий древесный ген цветения и – удивительно! – в лабораторных чашках на кусочках молодых стеблей стали появляться соцветия с цветочками. Нужно помнить, что эти ростки в природе зацвели бы самое раннее через восемь лет.
Те кусочки стеблей, которые не зацвели сразу (в них пересаженный цен цветения работал немного менее активно) высадили в оранжерее, и через шесть месяцев на растениях появились сережки с нормальной пыльцой. Воодушевляющий результат для любого садовода!
Оказалось, что у деревьев этот же ген отвечает и за сезонную остановку роста, и за образование зимующих почек осенью. Для дерева, которое должно пережить зимние холода, сезонная регуляция жизненных процессов исключительно актуальна. Каким же образом осуществляется сезонная регуляция жизненного цикла у деревьев? Выяснилось, что, как и у однолетнего арабидопсиса, «ген цветения» у тополей и осин активизируется при определенной длине светого дня. Количество продуктов этого гена (матричных РНК, синтезируемых в ходе транскрипции, то есть «прочтения» гена) резко увеличивается, когда дни становятся длиннее, и снижается, когда день укорачивается. Оказалось, что посредником между солнечным светом и «геном цветения» у деревьев (как и у арабидопсиса) служит специальный светозависимый белок, количество которого в клетке определяется длиной светового дня. Этот белок разрушается в темноте, поэтому чем короче ночь, тем больше его накапливается.
Этот белок инициирует включение «гена цветения» весной и отключает его осенью, что служит сигналом для остановки роста и образования зимующих почек. При этом накопление светозависимого белка начинается при различной длине дня в зависмости от географической широты. Ботаники проверили это, исследовав тополя, выросшие на разных широтах – от Норвегии до Германии. Выработка одного и того же регуляторного белка начиналась при разной длине дня – для норвежских тополей не меньше 21 часа, а для немецких – всего 15. Оно и понятно: если бы норвежские тополя вздумали зацвести при 15-часовом дне, они замерзли бы, а если бы немецкие тополя решили подождать 20-часового светового дня, то они не зацвели бы никогда. Таким способом хитрые генно-регуляторные механизмы не разрешает растению цвести, когда нельзя, и напротив, вынуждают его цвести, когда приходит нужное время.
Источник: Henrik Böhlenius, Tao Huang, Laurence Charbonnel-Campaa, Amy M. Brunner, Stefan Jansson, Steven H. Strauss, Ove Nilsson. CO/FT Regulatory Module Controls Timing of Flowering and Seasonal Growth Cessation in Trees // Science. 2006. V. 312. P. 1040-1043. [PDF]