Wie Pflanzen entscheiden, dass es an der Zeit ist zu blühen

Anonim

Wenn sich der Frühling nähert, wie entscheiden Pflanzen, dass es an der Zeit ist zu blühen? Ein Team von Pflanzenwissenschaftlern unter der Leitung von KWAK June M. am Center for Plant Aging Research im Institut für Grundlagenforschung (IBS) entwirrte einen neuen Mechanismus, um diese scheinbar einfache, aber eigentlich komplizierte Frage zu erklären. Ihre Forschung wurde am 11. November 2016 in den Proceedings der Nationalen Akademie der Wissenschaften ( PNAS) veröffentlicht.

Während einige Tiere in den kältesten Monaten des Jahres überwintern, Zuflucht suchen oder in wärmere Klimazonen fliegen, können sich Pflanzen nicht frei bewegen. Deshalb versuchen sie, die Umweltbelastung durch zeitliche Steuerung ihrer physiologischen Prozesse zu überwinden. Und dazu kommt die Epigenetik. "Pflanzen, die zu früh blühen, laufen Gefahr, sich erfolglos zu vermehren. Deshalb haben Pflanzen einen epigenetischen Mechanismus entwickelt, der ihr Blühtiming reguliert", erklärt KIM Yun Ju, erster und korrespondierender Autor dieser Studie.

Um die Blüte zu studieren, verwendeten die Wissenschaftler von IBS Arabidopsis thaliana, eine kleine Pflanze, die mit Senf verwandt ist. Arabidopsis hat kleine weiße Blüten, die aus Blütenstammzellen stammen. Die Stammzellen werden in einem Anfangsstadium der Entwicklung gehalten und dann in vier Kelchblätter, vier Blütenblätter, sechs Staubblätter und zwei fusionierte Fruchtblätter unterschieden.

Die epigenetische Regulierung ist einer der wichtigsten Mechanismen zur Kontrolle der Blütezeit. Es reguliert die Genexpression durch chemische Modifikationen der DNA und ihrer wechselwirkenden Proteine, ohne jedoch die DNA-Sequenz zu verändern. Wenn Sie die DNA in jeder Zelle als ein großes Buch betrachten, das alle Informationen enthält, können diese chemischen Modifikationen als Lesezeichen betrachtet werden, die der Zelle mitteilen, welche Seiten sie lesen sollen und welche sie im Laufe der Zeit überspringen sollen. Eine bestimmte Art von chemischer Modifikation, die Acetylierung, die an DNA-gebundenen Proteinen (Histonen) auftritt, kann durch spezifische Proteine ​​gefördert oder entfernt werden. Arabidopsis enthält mindestens 18 Proteine, die diese chemischen Modifikationen entfernen und als Histon-Deacetylasen (HDACs) bezeichnet werden. Welche Ziele die HDACs haben, wie sie aufeinander abgestimmt sind und wie sie mit anderen Proteinen interagieren, ist noch unklar. Diese Studie entdeckte die Proteine, die mit einer dieser chemischen Modifikationen interagieren, die den Zeitpunkt der Blüte steuern.

IBS-Forscher konzentrierten sich auf die neunte HDAC, bekannt als HDA9. Es ist bekannt, dass dieses Protein mehrere biologische Prozesse wie die Blütezeit, Samenruhe und Stressreaktionen reguliert. Das Team fand heraus, dass Pflanzen, denen dieses Protein fehlt, früher blühten und vergrößerte Früchte aufwiesen, was darauf hinweist, dass die Regulation der Stammzellaktivität beeinträchtigt war. Das gleiche passiert, wenn POWERDRESS (PWR) (ein Protein, das bereits vom gleichen Forscherteam für seine Regulierung von Blütenstammzellen untersucht wurde) oder beide, HDA9 und PWR, fehlen.

Die Wissenschaftler entdeckten, dass PWR und HDA9 einen Proteinkomplex bilden, der die chemischen Modifikationen eines Proteins, das an DNA namens Histon 3 gebunden ist, entfernt. So wie das Entfernen eines Lesezeichens aus dem "DNA-Buch" bedeutet, dass Sie die Seiten nicht lesen müssen neben dem Lesezeichen reduziert die Entfernung dieser chemischen Modifikation die Produktion von AGL19, einem Protein, das frühes Blühen verursacht. Auf diese Weise behalten Pflanzen eine normale Blütezeit bei.

"PWR, HDA9 und AGL19 regulieren die Blütezeit. Eine Pflanze mit reduziertem PWR und HDA9 hat die AGL19-Werte und Blüten früher erhöht", erklärt Kim. "Die entgegengesetzte Situation, das ist die Überexpression von PWR und HDA9, wurde noch nicht getestet."

Die nächste Herausforderung für das Team besteht darin, andere chemische Modifikationen (oder "Lesezeichen") an Pflanzenhistonen zu untersuchen und zu klären, wie diese verschiedenen chemischen Modifikationen zusammen die Blüte regulieren.

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