Большинство растений фототропны — то есть растут в направлении источника света. Предполагалось, что свойство подсолнухов разворачиваться вслед за солнцем связано с тем же базовым механизмом. Однако американские биологи установили, что за этим, видимо, стоит сразу несколько типов фотореакций.
Фототропизмом растений управляет реагирующий на свет рецептор фототропин, чувствительный к синему свету и ближнему ультрафиолету (УФ-А излучению). Принято считать, что гелиотропизм подсолнухов, то есть поворот раскрытых и обращенных к солнцу соцветий вслед за его перемещением по небу, — частный случай фототропизма. Однако конкретный механизм, лежащий в основе процесса, ученым неизвестен.
Устранить пробелы в этой области взялась команда ученых-растениеводов из Калифорнийского университета в Дейвисе (США).
Исследователи знают, что ориентация подсолнухов на солнце происходит за счет дифференцированного роста их стеблей: днем они немного активнее растут с восточной стороны, разворачивая соцветия на запад, а ночью — наоборот, активизируется рост с западной стороны стеблей, и цветок снова поворачивается на восток. В одном из предыдущих исследований ученые того же вуза показали, как подсолнечник использует свои внутренние циркадные часы, чтобы предвидеть восход солнца и координировать раскрытие соцветий с появлением насекомых-опылителей утром.
В новой работе, которую опубликовал журнал PLOS Biology, исследователи для лучшего понимания гелиотропизма сравнили модели экспрессии генов у подсолнухов, выращенных в лабораторных условиях и на открытом воздухе под солнечным светом.
Росшие в лаборатории подсолнухи «тянулись» к искусственному источнику света, активируя связанные с фототропином гены. Однако у растений, выращенных на открытом воздухе и освещаемых солнцем, наблюдалась совершенно другая картина экспрессии генов. Ученые не обнаружили у них видимых различий в фототропине между разными сторонами стеблей.
Какие именно гены участвуют в гелиотропизме, исследователи пока не установили
«Мы, похоже, исключили фототропиновый путь, но неопровержимых доказательств пока не нашли», — заявила профессор биологии растений и ведущий автор работы Стейси Хармер (Stacey Harmer).
Вместе с тем ученые выявили изменения в других системах реагирования на свет, в том числе в механизме избегания тени, чувствительном к дальнему красному свету. Он активировался в начале дня с западной стороны стебля подсолнуха, когда солнце светит с востока.
Еще больше запутало картину то, что когда экспериментаторы блокировали синий, красный или дальний красный свет, это почти не отражалось на способности росших на воздухе подсолнухов следовать за солнцем. Вероятно, это говорит о том, что сразу несколько систем могут скоординированно обеспечивать гелиотропизм растений, чтобы механизм срабатывал даже в отсутствие одного или нескольких световых триггеров.
Исследователи отметили, что результаты стали для них неожиданными, и пообещали продолжить работу.