Отсутствие скачков температуры — ключевой фактор яровизации растений

Новое исследование выявило несколько новых факторов, влияющих на важное явление яровизации у растений.

Учёные из Центра Джона Иннеса провели полевые эксперименты в Норидже (Великобритания) и Швеции, чтобы изучить, как растения интерпретируют различные температурные сигналы и реагируют на них, чтобы точно синхронизировать своё цветение с наступлением весны. Этот процесс называется «яровизацией».

Результаты изложены в статье, опубликованной в журнале Nature Communications. Авторы предупреждают о «вредных последствиях» для яровизации в условиях более изменчивого глобального климата.

У арабидопсиса яровизация включает эпигенетическое (связанное с окружающей средой) «заглушение» гена FLOWERING LOCUS C (FLC). FLC действует как тормоз цветения: его подавление индуцирует цветение.

Известно, что подавление запускается определённым консервативным белком Polycomb Repressive Complex 2 (PRC2) в сочетании с PHD-белками, включая индуцируемый холодом VERNALISATION INSENSITIVE3 (VIN3).

В контролируемых условиях яровизация может происходить при постоянных температурах от 0 до 15 °C. Однако в полевых условиях температуры часто гораздо более изменчивы, с суточными колебаниями, которые в некоторых случаях превышают разницу в средних сезонных температурах.

Эксперименты показывают, что растения способны извлекать надёжный сигнал из таких «зашумлённых» и переменчивых температурных профилей. Но как они интегрируют эти сигналы в течение многих недель, чтобы определить окончание зимы, оставалось неясным.

Предыдущие анализы разработали кумулятивные меры воздействия холода с течением времени, включая фототермические единицы или «градусо-дни», используемые для планирования сроков сбора урожая. Однако молекулярные механизмы, лежащие в основе этих мер, неизвестны.

Это исследование, проведённое группами профессора Кэролайн Дин и профессора Мартина Ховарда, показало, что по мере продолжения зимы экспрессия гена VERNALISATION INSENSITIVE 3 (VIN3) усиливается по крайней мере двумя независимыми термосенсорными процессами. Один интегрирует долгосрочные низкие температуры, а другой требует отсутствия ежедневных температур выше 15 °C.

Ключевой вывод исследования заключается в том, что именно отсутствие скачков высокой температуры (выше 15 °C), а не только продолжительный холод, является основным драйвером яровизации.

Выводы имеют серьёзные последствия в условиях всё более непредсказуемого климата. В исследовании делается вывод: «Мониторинг пиковой дневной температуры [растениями] — эффективный механизм оценки сезонного прогресса, но, вероятно, будет иметь вредные последствия для яровизации по мере того, как климат становится более изменчивым».