Древняя дупликация гена дала злакам несколько способов пережить зиму

Многие растения, такие как морковь и свёкла, не зацветают, пока не переживут зиму. Этот процесс называется яровизацией. Однако некоторые культуры из семейства злаков (например, рожь или пшеница) могут использовать не холод, а короткие дни как сигнал о приходе зимы. Механизм этого явления оставался неизвестным более 80 лет.

Исследователи из Университета Висконсин-Мэдисон во главе с Риком Амазино обнаружили этот механизм, изучая траву Brachypodium (родственницу кукурузы, риса и пшеницы). Из 51 изученной разновидности Brachypodium 40 реагировали на короткий день как на зимний сигнал.

Генетический анализ показал, что причина этой вариативности — единичная замена одной "буквы" (нуклеотида) в одном гене. Этот ген, названный FTL9, является одной из 14 копий гена флоригена — белка, который у большинства растений вызывает цветение при длинном дне.

• Флориген накапливается в листьях при длинных днях весны и лета, чтобы вызвать цветение.
• FTL9, его дублированный "потомок", эволюционировал и действует наоборот: он накапливается во время коротких дней зимы.

FTL9 не вызывает цветение напрямую. Вместо этого он снимает "тормоза" с флоригена, делая цветение возможным, когда весной дни становятся длиннее.

Эта дупликация гена флоригена произошла в далёком прошлом. Одна из копий была перепрофилирована, что дало злакам новый способ определять зиму. Учёные предполагают, что выбор сигнала (холод или короткий день) зависит от климата: в тёплых регионах (например, в Средиземноморье, откуда происходят изученные Brachypodium) солнце — более надёжный индикатор зимы, чем температура.

Исследование, опубликованное в журнале eLife, важно для улучшения сельскохозяйственных культур (например, озимой пшеницы), особенно в условиях потепления климата, когда традиционные температурные сигналы могут стать ненадёжными.