Ученые приблизились к пониманию «переключателя», запускающего цветение растений

Ученые из Центра Джона Иннеса сделали важный шаг к пониманию того, как растения запускают цветение. Новое исследование выявило ранее неизвестный этап процесса яровизации, который связывает ключевой ген, отвечающий за время цветения, с регулирующими его белками.

Это открытие может помочь в создании новых сортов сельскохозяйственных культур, адаптированных для производства пищи в условиях меняющегося климата.

Яровизация — это процесс, с помощью которого растения ощущают периоды низкой температуры и «запоминают» эту информацию, чтобы контролировать время цветения. Это позволяет избежать цветения зимой и зацвести весной или летом, когда есть время и солнечный свет для производства семян. Понимание яровизации критически важно для успеха таких культур, как рапс и брокколи.

Процесс основан на «памяти» растения о продолжительности холода, которая формируется за счет постепенной модификации конкретного гена в клетках.

Известно, что цветение подавляется геном FLOWERING LOCUS C (FLC). В холодный период белки, вокруг которых «обернут» этот ген, постепенно модифицируются, что выключает экспрессию гена. Это позволяет растению переключиться из стадии роста в стадию цветения.

Хотя регуляторы, выключающие ген FLC, были известны, механизм их точного нацеливания на этот ген оставался загадкой.

В новой работе команда под руководством профессора Кэролайн Дин использовала генетический подход. Ученые изучили популяцию мутировавших растений и обнаружили особь, которая не реагировала на холод правильно. Мутация заключалась в изменении одной пары оснований внутри самого гена FLC.

Дальнейшие эксперименты показали, как белок VAL1 распознает специфическую последовательность ДНК в гене FLC. У мутантного растения эта мутация нарушила распознавание, поэтому ген FLC не мог быть выключен.

«Это захватывающее открытие впервые показывает, как регуляторы в клетке идентифицируют, какие гены-мишени нужно выключить. У FLC есть специфическая последовательность, которая распознается. Без нее FLC не подавляется, и растение никогда не зацветет», — пояснила профессор Кэролайн Дин.

Исследование, соавтором которого выступила приглашенный ученый из Аргентины доктор Джулия Квеста, опубликовано в журнале Science. В работе также показано, что сайт связывания белка VAL1 в генах FLC у нескольких родственных видов капустных (Brassica) консервативен. Это говорит о том, что данный тип регуляции эволюционно сохранился для контроля цветения.