Forskare vid Center for Research in Agricultural Genomics (CRAG) har upptäckt att medlemmarna i en proteinfamilj som är associerad med växternas inre klockor agerar i följd för att begränsa växternas tillväxt till slutet av natten. Detta kan hjälpa forskare att förstå hur växter hanterar olika typer av stress som påverkar deras tillväxt, såsom torka eller hög temperatur.

Nobelpriset i fysiologi eller medicin tilldelades nyligen tre amerikanska forskare, Hall, Rosbash och Young, för deras "upptäckter av molekylära mekanismer som styr dygnsrytmen." Tack vare deras forskning, vi vet att fruktflugor har en inre klocka byggd av en uppsättning cellulära proteiner vars mängd oscillerar under perioder av 24 timmar. Dessa svängningar, som underhålls autonomt, förklara hur levande organismer anpassar sin biologiska rytm så att den synkroniseras med jordens rotation.

Växter, som djur, har också en intern klocka. Faktiskt, de första hypoteserna om förekomsten av en dygnsrytm i levande organismer kom med observation av blad- och blommorörelser i växter. Till exempel, bladen av mimosa växter stänger på natten och öppna under dagen. År 1729, den franske astronomen Jean Jacques d'Ortous de Mairan placerade en mimosa -växt i mörkret och observerade att, trots frånvaron av ljusstimulans, bladen öppnades och stängdes fortfarande rytmiskt vid lämplig tid på dagen.

Dagens molekylära biologer vet att Arabidopsis thaliana -stjälkar förlängs strax före gryningen när dagarna är korta (vinter). Studier under de senaste åren har visat att denna förlängning av stammen i de unga plantorna styrs av PIF -proteiner, vars cellulära ackumulering beror på solljus. Således, ljus främjar nedbrytning av PIF -proteiner under dagen. På natten, dock, PIF -proteiner ackumuleras inuti cellen, och strax före gryningen, främja växtstamtillväxt. Men varför växer den unga stjälken bara före gryningen och inte under hela natten?

Svaret på denna fråga kom med ett arbete som publicerades 2016 av forskargruppen Elena Monte. Den studien upptäckte att ett internt klockprotein (TOC1 eller PRR1) fungerar som en port under natten, tillåter PIF att agera endast i slutet av natten. Nu, en ny studie av samma CRAG -forskargrupp, publicerades i veckan i tidningen Nuvarande biologi , utvidgar dessa resultat. Elena Monte, tillsammans med hennes team och medarbetare, har upptäckt att andra komponenter i samma interna klockproteinfamilj, PRR, agera sekventiellt under dagen och större delen av natten för att undertrycka verkan av PIF -proteinerna.

Mängden av de olika PRR -proteinerna (PRR1, PRR5, PRR7 och PRR9) oscillerar sekventiellt i 24-timmarsperioder. I slutet av natten, den totala mängden PRR -proteiner i cellen når sitt minimum, tillåter verkan av PIF -proteiner, som, på grund av frånvaro av ljus, är på sin maximala koncentration. Således, även om vissa PIF -proteiner detekteras under dagtid, de kan inte främja förlängningen av stammen förrän i slutet av natten, när porten öppnas, sammanfaller med de optimala fuktighetsförhållandena för förlängningen.

"Våra resultat visar att regleringen av växttillväxt har utvecklats i växter för att omfatta PRK:s orkestrerade sekventiella handlingar. Detta visar PRR:s dubbla roll - som regulatorer för de centrala klockkomponenterna och som fysiologiska tillväxtförtryckare, "förklarar Elena Monte." Tack vare denna studie, vi har lärt oss hur växtens dygnsrytm påverkar plantans tillväxt, vilket är en viktig process på agronomisk nivå, "tillägger Guiomar Martín, verkets första författare, som för närvarande är vid Gulbenkian Institute of Science (Portugal).

CDF5:en ny nyckelgen för stamtillväxten

I det arbete som publicerades den här veckan i Nuvarande biologi , författarna utförde en uttömmande analys av interaktionerna mellan proteinerna och DNA:n från Arabidopsis thaliana -växten. Denna analys avslöjade att CDF5 -genen inducerar stamtillväxt strax före gryningen. Forskare har visat att uttrycket av CDF5 -genen är strikt reglerat av föreningen av PIF -proteiner (som främjar dess uttryck) och av PRR -klockproteiner (som förhindrar dess uttryck). På det här sättet, CDF5 ackumuleras specifikt under fasen före gryningen, när det inducerar cellulär förlängning och, följaktligen, förlängningen av stammen.

För att verifiera funktionen hos dessa gener och proteiner, forskarna observerade tillväxten av arabidopsis -växter som bär mutationer i dessa gener. Växter som hade tappat en av PRR-familjegenerna (PRR7) växte längre än sina vildtyps-motsvarigheter. Detsamma hände i växter där forskarna modifierade CDF5 -genen så att den kunde uttryckas under 24 timmar, oberoende av PIF- och PRR -åtgärder.