Как растения решают, что пора цвести

Команда учёных под руководством Квак Джун М. из Центра исследований старения растений Института фундаментальных наук (IBS) раскрыла новый механизм, объясняющий, как растения определяют время для цветения. Исследование было опубликовано в Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) 11 ноября 2016 года.

Поскольку растения не могут свободно перемещаться, они преодолевают стрессы, синхронизируя свои физиологические процессы с помощью эпигенетики. «Растения, которые цветут слишком рано, рискуют не дать потомства. Поэтому у них развился эпигенетический механизм, регулирующий время цветения», — объясняет первый автор исследования Ким Юн Джу.

Для изучения цветения учёные использовали Arabidopsis thaliana (резуховидку Таля). Её цветки развиваются из стволовых клеток, которые вначале находятся в недифференцированном состоянии, а затем превращаются в четыре чашелистика, четыре лепестка, шесть тычинок и два сросшихся плодолистика.

Эпигенетическая регуляция — один из ключевых механизмов контроля времени цветения. Она регулирует экспрессию генов через химические модификации ДНК и связанных с ней белков, не меняя саму последовательность ДНК. Если представить ДНК как книгу со всей информацией, то эти модификации подобны закладкам, указывающим клетке, какие «страницы» читать. Один из типов модификаций — ацетилирование гистонов (белков, на которые намотана ДНК). У Arabidopsis есть как минимум 18 белков, удаляющих эти модификации, — гистоновые деацетилазы (HDACs).

Исследователи сосредоточились на девятой HDAC, известной как HDA9. У растений, лишённых этого белка, цветение наступало раньше, а плоды были крупнее, что указывало на нарушение регуляции активности стволовых клеток. То же самое происходило при отсутствии белка POWERDRESS (PWR) или обоих белков — HDA9 и PWR.

Учёные обнаружили, что PWR и HDA9 образуют белковый комплекс, который удаляет химические модификации с гистона 3. Удаление этой «закладки» снижает производство белка AGL19, вызывающего раннее цветение. Таким образом растения поддерживают нормальные сроки цветения.

«PWR, HDA9 и AGL19 регулируют время цветения. Растение со сниженным уровнем PWR и HDA9 имеет повышенный уровень AGL19 и цветёт раньше», — поясняет Ким.

Следующая задача команды — изучить другие химические модификации гистонов у растений и выяснить, как разные «закладки» совместно регулируют цветение.