Planten beginnen hun dag sneller dan we denken

Iets als traag en saai beschrijven, zeggen we, is “als kijken naar gras dat groeit”, maar wetenschappers die de activiteit van planten in de vroege ochtend bestuderen, hebben ontdekt dat ze een snelle start van hun dag krijgen – binnen enkele minuten na zonsopgang.

Net zoals de zonsopgang stimuleert dageraad Het koor van vogels, evenals de zonsopgang stimuleren de dageraad van de dageraad van activiteit in de planten.

De vroege ochtend is een belangrijke tijd voor planten. De komst van licht aan het begin van de dag speelt een cruciale rol bij het coördineren van de groeiprocessen in planten en is de belangrijkste indicator die de interne klok van planten in ritme houdt met de cycli van dag en nacht.

Deze interne biologische klok helpt planten zich voor te bereiden op de dag, zoals wanneer ze het beste gebruik kunnen maken van zonlicht, wanneer de bloemen het beste opengaan voor bestuivers en stuifmeel afgeven, en wanneer ze zich moeten voorbereiden op droogte.

Piekgenactiviteit vindt plaats binnen een uur na zonsopgang; Veel van deze genen coderen voor transcriptiefactorenEiwitten die de expressie reguleren van een groep opeenvolgende genen met rollen die verband houden met licht, stress en groeihormonen, maar de details van hoe deze piek wordt gecontroleerd, zijn slecht begrepen.

Onderzoekers van het Sainsbury Laboratory van de Universiteit van Cambridge (SLCU) en de Universiteit van York gingen op zoek naar deze stroom van activiteit om beter te begrijpen wat er op genetisch niveau aan de hand is door de tuinkers, Arabidopsis thaliana, elke twee minuten vanaf zonsopgang te bemonsteren voor meting. genactiviteit.

“We wilden de dynamiek van de ‘dageraadexplosie’ in meer detail beschrijven, waarbij we ons concentreerden op de expressie van transcriptiefactorgenen. We vonden drie verschillende genexpressiegolven binnen twee uur na zonsopgang. De eerste van deze golven treedt slechts 16 minuten na dageraad en duurt slechts 8 minuten.” zei Dr. Martin Balcerowicz, een onderzoeker bij SLCU en eerste auteur van het onderzoek gepubliceerd in قال moleculaire plant.

“Van veel van deze genen is bekend dat ze gevoelig zijn voor licht en temperatuur, maar we wilden specifiek weten hoe transcriptie van deze genen wordt gecoördineerd. Interferentie met fotoreceptorsignalering, circadiane klok en van chloroplast afgeleide lichtsignalen veroorzaakte problemen met sommige van de genen .” , maar een groot deel van de genen was nog onaangetast. Dit heeft ons laten zien dat sommige stroomopwaartse paden overbodig zijn en dat er extra organisaties actief zijn.”

Het team combineerde hun gegevens met reeds gepubliceerde transcriptiefactor-DNA-bindingsgegevens en identificeerde bij zonsopgang een genregulerend netwerk, met belangrijke regulatoren van lichtsignalering – HY5 en BBX31 – als kern. Van deze transcriptiefactoren is bekend dat ze gezamenlijk de zwaartekracht beheersen, de ontwikkelingsverandering die zaailingen ondergaan wanneer ze uit de grond komen, voor het eerst licht ervaren, beginnen te vergroenen en hun bladeren ontvouwen. Deze genen blijken ook een centrale rol te spelen bij de overgang van donker naar licht bij zonsopgang.

“In feite maken meerdere BBX-genen deel uit van Dawn, samen met BBX31, HY5 en zijn homologe HYH”, zegt Dr. Balcirovic. “Deze genen omvatten zowel positieve als negatieve regulatoren van de lichtrespons. We ontdekten dat ze stroomafwaarts van de fytochroom- en cryptochroomreceptoren werken om een ​​door licht geïnduceerde subset van de dageraaduitbarstingsgenen te controleren, waarbij HY5 en BBX31 grotendeels antagonistische rollen hebben. Deze waarneming versterkt het idee dat HY5 en BBX genen Werk samen om de lichtreacties in de context van de dag-nachtcyclus aan te passen. “

Dr. Daphne Ezer, docent computationele biologie aan de York University en senior auteur van de studie, onderzoekt gen-omgevingsinteracties door middel van de analyse van gennetwerken. “Door gennetwerken te bestuderen, kunnen we uitleggen hoe planten vroege ochtendlicht- en temperatuursignalen integreren om de circadiane klok in te voeren. Samengevat laten onze resultaten zien dat fytochroomsignalering en -codering essentieel zijn om de transcriptierespons van de dageraad op licht te moduleren, maar afzonderlijke paden kunnen activeer krachtig een groot deel van het programma als het afwezig is.

“Het bepalen van de piek die we zien in genexpressie die het gevolg is van het begin van het licht, is nuttig om ons te helpen begrijpen hoe planten reageren Licht In het bijzonder, voor gewassen die onder kunstlicht worden geteeld, hoe beïnvloedt deze langdurige dageraad de groei.”