Молекулярная петля обратной связи объясняет, как цветы сбрасывают лепестки

Новое исследование Университета Миссури раскрывает новые детали процесса, регулирующего сбрасывание растениями своих органов (лепестков, цветов, листьев, плодов), известного как абсциссия. Результаты опубликованы в онлайн-версии Proceedings of the National Academy of Sciences.

Ключевой механизм

Ранние этапы абсциссии происходят в специальном слое клеток — абсциссионной зоне у основания цветка. По мере созревания клетки в этом слое отделяются друг от друга, создавая разрыв, и лепестки опадают. Учёные исследовали молекулярный механизм, запускающий и усиливающий этот процесс.

Роль гена HAESA и петли обратной связи

Известно, что активность гена HAESA, необходимого для цветочной абсциссии, возрастает в 27 раз за примерно 2 дня (от раскрытия бутона до опадения лепестков) у растения Arabidopsis thaliana. Исследование выявило два ключевых звена, объясняющих этот быстрый рост:

  1. Белок AGL15 подавляет экспрессию гена HAESA, блокируя его транскрипцию. Растения с избытком AGL15 не активируют HAESA и не сбрасывают лепестки.
  2. Молекулярные переключатели MAP-киназы передают ранний сигнал абсциссии от HAESA и, в свою очередь, дают сигнал AGL15 прекратить подавление HAESA.

Эта цепочка сигналов от HAESA к MAP-киназам и AGL15, а затем обратно к HAESA создаёт положительную молекулярную петлю обратной связи. Именно она приводит к наблюдаемому экспоненциальному усилению экспрессии гена HAESA во время абсциссии.

Значение открытия

Как отметил ведущий автор О. Рахул Патхаркар, эта петля обратной связи действует как «турбонаддув», обеспечивая необходимое усиление сигнала. Профессор Джон К. Уокер назвал работу «тур де форсом», поскольку она объединяет различные гены и белки в новую модель, объясняющую точный контроль абсциссии у растений.

Понимание этого механизма, вероятно, применимого также к опадению листьев и плодов, важно для изучения развития растений и их реакции на среду (засуху, инфекции). Результаты также представляют интерес для плодоводства и индустрии срезанных цветов, где важно контролировать сроки опадения.