Как подсолнухи «видят» солнце

Подсолнухи, как известно, поворачиваются, чтобы следовать за солнцем, когда оно пересекает небо. Но как подсолнухи «видят» солнце и следуют за ним? Новая работа биологов растений из Калифорнийского университета в Дэвисе, опубликованная в журнале PLOS Biology, показывает, что они используют другой, новый механизм, отличный от того, что считалось ранее.

«Это было для нас полной неожиданностью», — сказала Стейси Хармер, профессор биологии растений Калифорнийского университета в Дэвисе и старший автор статьи.

Большинство растений обладают фототропизмом — способностью расти в направлении источника света. Ученые-растениеводы предполагали, что гелиотропизм подсолнечника, способность следовать за солнцем, будет основан на том же базовом механизме, который управляется молекулой, называемой фототропином, и реагирует на свет в синем конце спектра.

Подсолнухи поворачивают головки, вырастая немного больше на восточной стороне стебля (толкая головку на запад) в течение дня и немного больше на западной стороне ночью, поэтому головка поворачивается назад к востоку. Лаборатория Хармер в Колледже биологических наук Калифорнийского университета в Дэвисе ранее показала, как подсолнухи используют свои внутренние циркадные часы, чтобы предвидеть восход солнца и координировать раскрытие соцветий с появлением насекомых-опылителей утром.

В новом исследовании аспирант Кристофер Брукс, постдокторант Хагатоп Атамян и Хармер изучили, какие гены активируются (транскрибируются) у подсолнечника, выращенного в помещении в лабораторных камерах выращивания, и у подсолнечника, растущего под солнечным светом на открытом воздухе.

В помещении подсолнухи росли прямо к свету, активируя гены, связанные с фототропином. Но растения, выращенные на открытом воздухе и покачивающие головками вместе с солнцем, продемонстрировали совершенно иную картину экспрессии генов. Не было очевидной разницы в фототропине между одной стороной стебля и другой.

Исследователи еще не идентифицировали гены, участвующие в гелиотропизме.

«Кажется, мы исключили путь фототропина, но мы не нашли однозначного доказательства», — говорит Хармер.

Блокирование синего, ультрафиолетового, красного или дальнего красного света с помощью затеняющих коробок не оказало влияния на реакцию гелиотропизма. Это показывает, что, вероятно, существует несколько путей, реагирующих на разные длины волн света, для достижения одной и той же цели. Предстоящая работа будет посвящена регуляции белка в растениях.

Подсолнухи быстро учатся. По словам Хармер, когда растения, выращенные в лаборатории, вынесли на улицу, они начали следить за солнцем в первый же день. Такое поведение сопровождалось всплеском экспрессии генов на затененной стороне растения, который не повторялся в последующие дни. Это говорит о том, что происходит какая-то «переустановка», сказала она.

По словам Хармер, это открытие не только раскрывает ранее неизвестные пути восприятия света и роста растений, но и имеет широкую значимость.

«То, что вы определяете в контролируемой среде, например, в камере роста, может не сработать в реальном мире», — объясняет Хармер.