Växter har inga ögon, men de "ser" sin omgivning med hjälp av ljus.

Det möjliggörs av proteiner som kallas fotoreceptorer som absorberar ljus och omvandlar det till en signal som slår på eller av gener. Tills nu, forskare har inte helt förstått den molekylära mekanismen som ligger bakom den processen, som låter växter känna igen när de är i skuggan och växa mot solen, och känna av vilken årstid det är så att de kan blomma på våren.

Forskare vid University of California, Riverside har identifierat den del av en växtfotoreceptor som är ansvarig för ljusberoende förändringar i genuttryck, som illustreras i en tidning som publicerades idag i Naturkommunikation . Studien leddes av Meng Chen, en docent i cellbiologi vid UCRs College of Natural and Agricultural Sciences.

Chen och hans kollegor har studerat en grupp fotoreceptorer som kallas fytokromer som är känsliga för rött och långt rött ljus, och bevaras i växter, svampar, och bakterier. Forskningen gjordes i Arabidopsis thaliana, en liten blommande växt som används flitigt av biologer som modellart eftersom den är lätt att odla och studera.

Fytokromer styr växternas tillväxt och utveckling genom att ändra mängden eller stabiliteten hos en annan grupp proteiner som kallas transkriptionsfaktorer vars uppgift är att slå på och av gener. För att ta reda på hur fotoreceptorn reglerar mängden transkriptionsfaktorer, Chens team riktade sin uppmärksamhet mot strukturen av fytokromen, som har två funktionella områden som kallas domäner.

Även om det är känt att en domän (kallad N-terminalmodul) känner av ljus, funktionen för den andra domänen (kallad C-terminalmodulen) hade förblivit okänd. De flesta forskare trodde inte att C-terminalmodulen spelade en roll för att signalera förändringar i genuttryck i växter, men Chen höll inte med.

"Vi vet att i bakterier, som använder ett liknande protein för att känna av ljus, N-terminalmodulen känner av ljus och C-terminalmodulen reglerar stabiliteten hos transkriptionsfaktorer. Dock, den nuvarande modellen i växter är att fotoreceptorn använder N-terminalmodulen både för att känna av och svara på miljöljussignaler, sa Chen, som också är medlem i UCR:s Institute for Integrated Genome Biology (IIGB).

Chens grupp visade att C-terminalmodulen faktiskt reglerar genuttryck, även om den använder en helt annan metod än bakterier.

Chen sa att fynden har konsekvenser för jordbruket, där bönder alltmer vill odla mer mat på mindre mark. Till exempel, när grödor planteras med hög densitet, de tävlar om ljuset, växer ofta högre på bekostnad av skörden.

"Nu när vi förstår hur ljus orsakar förändringar i tillväxt och utveckling, vi kan konstruera växter för att vara blinda för sina grannar, så att vi kan plantera dem tätare utan att se en minskning i avkastning, " Sa Chen. "Vi kan ta grödor som växer bra i en del av världen och konstruera dem för att växa på andra breddgrader och klimat."