То, что растения тянутся к свету, было известно еще со времен Аристотеля. Но механизм такой реакции не был до конца понятен ботаникам даже после детального исследования молекулярных основ фотосинтеза. Новое исследование ботаников из Института растений имени Бойса — Томпсона и кафедры биологии Техасского университета, опубликованное в последнем номере Science, в прямом и переносном смысле проливает свет на реакцию растений на освещение.
(от греч. «свет» и «поворот»), изменение направления роста органов растений под влиянием односторонне падающего света.
Различают положительный, например изгиб стебля к источнику света, плагиотропизм, или диатропизм, пластинок листьев, становящихся под углом к падающему свету, и отрицательный – изгиб органа в сторону, противоположную источнику света (например, верхушек некоторых корней, стеблей плюща).
Один и тот же орган может быть положительно фототропичным при слабом свете, отрицательно – при сильном и совершенно не проявлять при среднем. Способность к фоттропизму у растений различных видов не одинакова. Она может изменяться и у растений одного вида (у молодых особей она при прочих равных условиях всегда больше, чем у более взрослых), а у одного и того же растения обнаруживается в более молодых органах.
Процесс фоттропизма слагается из ряда последовательных реакций: восприятия светового раздражения, возбуждения клеток и тканей, передачи возбуждения к клеткам и тканям ростовой зоны органа и, наконец, усиления или ослабления роста клеток и тканей этой зоны.
Восприятие светового возбуждения осуществляется специфическим фотоактивным комплексом, в состав которого входят каротиноиды и флавиновые пигменты. Проведение возбуждения по растению происходит с участием биоэлектрических токов, а также гормонов растений – ауксинов.
Проявление зависит от спектрального состава падающего света. Максимальная фототропическая чувствительность у растений обнаружена в спектре поглощения жёлтых и оранжевых пигментов – каротиноидов и флавинов; в связи с этим полагают, что световое раздражение воспринимают светочувствительные белки, содержащие эти пигменты. Каротиноидные «глазки» найдены также у некоторых одноклеточных водорослей, обнаруживающих фототаксис, и у спорангиеносцев грибов, способных к фототропизму.
БСЭ
Отвечая на вопрос, поставленный в одной из своих предыдущих работ, Хайян Ван доказал, что растение начинает готовиться реагировать на свет, когда еще находится в темноте.
Эта подготовка заключается в продукции тесно связанных белков FHY3 и FAR1, увеличивающих продукцию двух других — FHY1 и FHL, которые, как было показано в предыдущих исследованиях, являются ключевыми в ответе растения на свет.
Хайян Ван поясняет это таким образом: растение накапливает эти белки ночью так же, как и путешественник заполняет свой бензобак вечером перед долгой утренней поездкой.
Подобное сравнение не так уж примитивно, как может показаться, ведь в биологии гораздо сложней и важней найти причинно-следственную связь и ответить на вопрос «зачем?», чем открыть «гены, отвечающие за…».
skin: article/incut(default)
data:
{
"_essence": "test",
"incutNum": 3,
"picsrc": "Генетический механизм фототропизма // NSF, \"Газета.Ru\"",
"repl": "<3>:{{incut3()}}",
"uid": "_uid_2346168_i_3"
}
Подготовка осуществляется в несколько этапов.
1. Светочувствительный пигмент фитохром А (один из четырёх типов светочувствительных пигментов в красной части спектра) в цитоплазме клеток растения регистрирует свет в дальней части красного спектра.
2. Как и в большинстве случаев, активация белка фотоном света приводит к изменению конформации — объемной структуры протеина. Это изменение формы фитохрома А позволяет ему связаться с FHY1 и FHL.
3. Связывание FHY1 и FHL с фитохромом А приводит к накоплению его в ядре клетки. Механизм этого процесса пока не известен, но, возможно, эти белки помогают фитохрому A проникать через ядерную мембрану.
4. Активированный фитохром А через FHY3 и FAR1 изменяет активность генов, отвечающих за рост и развитие растения. В данном случае белки выступают в роли транскрипционных факторов, запускающих экспрессию других генов — образование иРНК, затем белков, отвечающих за проявление конкретных признаков.
5. Изменения в экспрессии генов и отвечают за ответ растения на свет, в частности, рост, цветение и положительный гелиотропизм («солнцелюбие»).
Собственно, Вану с коллегами удалось установить, как именно FHY3 и FAR1 регулируют работу генома растения. Оказывается, эти белки обладают способностью связываться с ядерной ДНК и запускать считывание генов.
голубой пигмент из группы сложных белков - хромопротеидов; присутствует в клетках фотосинтезирующих организмов.
Впервые обнаружен американсканским биохимиком Уорреном Батлером в 1959 в семядолях проростков турнепса, выращенных в темноте. Участие в физиологических процессах обусловлено наличием хромофорных групп - билинов, по спектральным и хроматографическим свойствам близких к хромофорам фикоцианинов.
Фитохром существует в двух взаимопревращаемых формах - Ф660 и Ф730, различных по спектрам поглощения. Под действием красного света с длиной волны 660 нм неактивный Ф660 превращается в активный Ф730. Обратное превращение происходит либо в темноте, либо при освещении красным светом с длиной волны 730 нм.
Эти свойства фитохромов лежат в основе фотопериодизма растений, причём время темнового превращения Ф730 в Ф660, по-видимому, служит мерой в отсчёте времени в механизме «биологических часов». Фитохром контролирует прорастание семян и цветение: так, красный свет задерживает зацветание у короткодневных растений, но стимулирует его у длиннодневных. Дальний красный свет оказывает противоположное действие.
Механизм действия фитохромной системы изучен недостаточно; согласно одной из гипотез, он связан с изменением проницаемости биологических мембран. Однако установлено, что под его контролем находятся синтезы биополимеров (ДНК, РНК, белков), системы биосинтеза хлорофилла, каротиноидов, антоцианов, органических фосфатов, витаминов.
БСЭ
Именно такую связь исследователи и обнаружили между фитохромом и FHY3, FAR1.
Чем больше фитохрома накапливалось в ядре, тем меньше синтезировалось белков FHY3, FAR1, а следовательно, меньше фитохрома транспортировалось в ядро. Без подобной связи реакция растений на свет шла бы по нарастающей без остановки и очень быстро истощила организм.
По словам Вана, он не может объяснить, зачем природе понадобился такой сложный механизм реакции на свет. Не исключено, что на самом деле он возник случайно.
Как выяснили учёные, последовательности ДНК, кодирующие FHY3 и FAR1 очень схожи с так называемыми прыгающими генами, обладающими способностью менять свое местоположение в геноме в зависимости от различных факторов — освещения, химических веществ и так далее. Это свойство изрядно попортило нервы исследователям, пока они пытались найти гены FHY3 и FAR1.
Однако наградой стала новая гипотеза возникновения реакции растений на свет: именно случайное сочетание прыгающих генов в процессе «перепрыгивания» между различными участками геномов могло привести к созданию эффективного механизма такого поведения. Если это действительно так, то именно «прыгающим генам» надо сказать спасибо за появление на Земле цветов.
