Растительный гормон играет двойную роль в запуске цветения

Новое исследование Университета Пенсильвании, опубликованное в журнале Science, показало, что растительный гормон гиббереллин, который, как считалось, способствует цветению у однолетних растений, также может подавлять образование цветков.

Парадокс гиббереллина

Ранее считалось, что у короткоживущих (однолетних) растений гиббереллин способствует переходу к цветению, тогда как у многолетних (например, плодовых деревьев) он, наоборот, подавляет образование цветков. Это создавало научный парадокс.

Ключевое открытие

Исследователи во главе с Нобутоши Ямагучи и Дорис Вагнер обнаружили, что белок LEAFY, способствующий цветению, напрямую активирует ген ELA1. Этот ген кодирует фермент цитохром P450, участвующий в катаболизме (разрушении) гиббереллина.

Эксперименты на Arabidopsis thaliana показали:

  • Растения с нефункциональным геном ELA1 зацветали намного позже.
  • Растения с дефицитом LEAFY имели высокий уровень гиббереллина.
  • Растения с высоким уровнем LEAFY имели низкий уровень гиббереллина и признаки его дефицита (короткий рост, больше хлорофилла).

Двойная роль гормона

Учёные выяснили, что гиббереллин по-разному регулирует два этапа перехода к цветению:

  1. Способствует первому переходу: высокий уровень гормона заставляет растение завершить вегетативную фазу (рост стеблей и листьев) и начать формировать соцветие (inflorescence).
  2. Подавляет второй переход: для непосредственного формирования цветков уровень гиббереллина должен упасть. Этому способствует активность LEAFY и ELA1, разрушающих гормон.

Механизм и перспективы

Механизм основан на колебании уровня гиббереллина: подъём → переход к соцветию → активация LEAFY/ELA1 → разрушение гиббереллина → снятие ингибирования → формирование цветков.

Это открытие может быть использовано для повышения урожайности сельскохозяйственных культур. Уже существуют сорта риса с дефицитом гиббереллина, которые более устойчивы к полеганию. Целенаправленная регуляция накопления или деградации гиббереллина может позволить оптимизировать количество цветков и, следовательно, семян.

Дальнейшие исследования планируют изучить, работает ли этот механизм у других видов, включая многолетние растения.