Birçok bitkide tohum çimlenmesi ışığa bağlıdır. Ancak her zaman değil: Zorlu çevre koşullarına uyum sağlamış bir bitki olan Aethionema arabicum bunu kendi bildiği şekilde yapıyor. Burada fitokromlar, kırmızı ve uzak kırmızı ışık reseptörleri, tohum çimlenmesinde beklenmedik bir rol oynar ve bu süreci en uygun mevsime ayarlar.
Bu bulgular, şimdi yayınlanan Bitki Fizyolojisi, bitkilerin habitatlarına uyum sağlamasına yardımcı olan sinyal modüllerinin evrimsel olarak yeniden kablolanmasının ilgi çekici bir örneğidir. Çalışma, Avusturya Bilimler Akademisi'nin Gregor Mendel Moleküler Bitki Biyolojisi Enstitüsü'ndeki (GMI) araştırmacılar tarafından yürütüldü.
bazı iken bitki tohumları çimlenmek için ışık gerekir, diğer tohumlar ışığa karşı duyarsızdır ve hatta ışık tarafından engellenir. Sırasında ışığın rolüne ilişkin çoğu içgörü tohum çimlenmesi çimlenmeyi başlatmak için ışığın gerekli olduğu model organizma Arabidopsis thaliana'nın kullanıldığı çalışmalardan kaynaklanmaktadır.
Buna karşılık, ışık diğer bitkilerde güçlü bir çimlenme inhibitörüdür, ancak bu etkinin moleküler temeli büyük ölçüde bilinmemektedir. Gregor Mendel Enstitüsü'nden (GMI) Dr. Zsuzsanna Mérai liderliğindeki bir araştırma ekibi, ışığı engelleyen moleküler mekanizmayı araştırmak için şimdi Aethionema arabicum (Brassicaceae) bitkisini kullandı. tohum çimlenme.
Aethionema arabicum, parlak, uzun ve sıcak günlerde yüzeyde tohum çimlenmesinin fidelerin hayatta kalma şansını azaltacağı açık ve kuru habitatlardan kaynaklanır. Çimlenmenin ışıkla engellenmesi, çimlenmeyi daha serin mevsimlerle veya yer altında bulunan tohumlarla sınırlama özelliği olarak yorumlanır.
Mérai ve meslektaşları çalışmalarında, kırmızı ve uzak kırmızı dalga boyları için ışık reseptörleri olan fitokromların Aethionema'da ışığa tepkide ikili bir rol oynadığını gösterdi; çimlenmeyi uyarabilir, ancak aynı zamanda engelleyebilirler. ölçerek ışık şiddeti Fitokromlar aracılığıyla tohumlar gün uzunluğu ve bununla birlikte mevsim hakkında bilgi edinirler.
Bir Kıbrıs varyantı, ışık inhibisyonunun anlaşılmasına yardımcı olur
Mérai ve meslektaşları, beyaz ışığa maruz kaldığında çimlenmeyen Kıbrıs (CYP) kaynaklı bir Aethionema varyantının tohumlarını kullanıyor. onun içinde doğal Yaşam alanı, CYP varyantı yalnızca günlerin nispeten kısa ve sıcaklıkların soğuk olduğu erken ilkbaharda filizlenir. Bu, bitkinin kuru yaz mevsiminden önce yaşam döngüsünü tamamlamasını sağlar.
Mérai, orijinal soyun aksine beyaz ışıkta da çimlenebilen mutantlar için taradıkları mutajenize tohumlardan oluşan bir koleksiyon oluşturarak Aethionema CYP'deki ışık engelleme mekanizmasını araştırmaya çalıştı. Şimdi, araştırmacılar bir mutantı karakterize ettiler. Moleküler seviye.
Türk mitolojisindeki güneş tanrısı Koyaş'tan sonra “koy-1” adını verdiler. Mutasyonunun, fitokromların ışığı algılayan molekülleri olan kromoforların biyosentezi için gerekli bir anahtar gen olan HEME OXYGENASE 1'i etkilediğini gösterdiler. Bu mutasyon, kromofor protein miktarını sınırlar ve koy-1'in değişen ışık tepkisinden sorumludur.
Fitokromların ikili rolü, çevresel adaptasyonu mümkün kılar
koy-1 mutantı, Mérai ve meslektaşlarının daha fazla mekanik ayrıntıyı ortaya çıkarmasını sağladı. Mérai, "Işık yoğunluğunu, dalga boyunu ve süresini değiştirerek, Aethionema'daki fitokromlara bağlı karmaşık ışık yanıtı modellerini inceleyebildik" diyor. Aethionema tohum çimlenmesinde.”
Deneyleri, yüksek ışık yoğunluğunun ve süresinin çimlenmeyi güçlü bir şekilde engellediğini, kısa süreli maruz kalmanın ise çimlenmeyi desteklediğini gösterdi. Işığa verilen bu iki zıt tepki, iki anahtar hormon arasındaki farklı oranlardan kaynaklanır: çimlenmeyi engelleyen absisik asit (ABA) ve çimlenmeyi tetikleyen giberellik asit (GA).
"Arabidopsis'te ışığa maruz kalmanın yüksek GA ve düşük ABA seviyeleri ile sonuçlandığını zaten biliyorduk. Şimdi, Aethionema CYP'nin çok sınırlı ışık altında benzer şekilde tepki verdiğini de biliyoruz. Bununla birlikte, artan ışınımla birlikte hormon seviyeleri kelimenin tam anlamıyla alt üst olur ve bu da çimlenmenin engellenmesine neden olur" diyor Mérai. "Işık yoğunluğuna ve süresine verilen karşıt tepkilerin genetik bir temeli vardır ve bunlar, Aethionema CYP'nin erken ilkbaharda çimlenmesine izin veren, ancak daha sonra değil, bitkilerin doğal ortamına bir uyarlamadır."
Evrim, yeniden kablolama modülleriyle çalışır
Ekip, aynı moleküler oyuncuların taban tabana zıt etkilere aracılık edebileceğini ortaya çıkararak, evrimin mevcut modülleri çevresel gereksinimlere yeterince yanıt verecek şekilde nasıl "yeniden bağlamış" olabileceğini belgeliyor. Birden çok organizmada belgelenen bu tür kombinatoryal varyasyonlarla evrim, yeni oyuncuların sıfırdan evrimleşmesine gerek kalmadan "hızlı" değişikliklere ulaşabilir.
"Bulgularımız, model olmayan organizmaları ve mahsul olmayan bitkileri inceleyerek doğadaki ve biyolojik çeşitlilikteki moleküler süreçlerin daha iyi anlaşılmasının yolunu açıyor. Arabidopsis'ten elde edilen bilimsel bilgi önemlidir, ancak her zaman tüm bitkileri temsil etmez. Burada, doğadaki tamamen zıt moleküler mekanizmaları bile ortaya çıkarabileceğimizi gösteriyoruz," diye bitiriyor Mérai. çimlenme.