Plantbiologer har oppdaget hvordan solsikker bruker sin interne sirkadiske klokke, som virker på veksthormoner, for å følge solen i løpet av dagen når de vokser.

"Det er det første eksempelet på en plantes klokmodulerende vekst i et naturlig miljø, og har reelle konsekvenser for planten," sier Stacey Harmer, professor i plantebiologi ved University of California, Davis, og senior forfatter av et papir i tidsskriftet. Vitenskap.

Harmer er en molekylærbiolog som studerer sirkadiske klokker, vanligvis i laboratorieverket Arabidopsis, som er tydeligvis mindre enn en solsikke. Tidligere hadde Harmers laboratorium oppdaget koblinger mellom "klokke" gener og plantehormon auxin, som regulerer veksten. Men forskerne trengte et eksempel å jobbe med, og de fant det i solsikker.

Vendt mot feil vei

Voksende solsikker begynner dagen med hodene sine mot øst, svinger vestover gjennom dagen, og vender tilbake mot øst om natten.

"Anlegget forventer timingen og retningen av gryningen, og for meg som ser ut som en grunn til å ha en forbindelse mellom klokken og vekstveien," sier Harmer. Forskere så langt tilbake som 1898 hadde beskrevet denne oppførselen av solsikker, men ingen hadde tidligere antatt å knytte den til sirkadianrytmer.

Hagop Atamian, en postdoktoralforsker i Harmer's Lab, i samarbeid med samarbeidspartner Benjamin Blackmans laboratorium ved University of Virginia (nå ved UC Berkeley), gjennomførte en serie eksperimenter med solsikker på feltet, i potter ute og i innendørs vekstkamre .

Ved å stikke planter slik at de ikke kan bevege seg, eller dreie potteplanter rundt daglig slik at de møttes på feil måte, viste Atamian at han kunne forstyrre sin evne til å spore solen. Etter solen gir en vekstforhøyelse til plantene. Solsikker stakkes slik at de ikke kan bevege seg har redusert biomasse og mindre bladareal enn de som gjør, fant forskerne.

Når planter ble flyttet inn i et innendørs vekstkammer med immobile overhead lys, fortsatte de å svinge frem og tilbake i noen dager. Det er den typen oppførsel du kan forvente av en mekanisme drevet av en intern klokke, sier Harmer.

Til slutt begynte innendørsplantene å spore "solen" igjen da den tilsynelatende lyskilden ble flyttet over vekstkammeret ved å dreie tilstøtende lys på og av i løpet av dagen. Planterne kunne på en pålitelig måte spore bevegelsen og returnere om natten da den kunstige dagen var nær en 24-timesyklus, men ikke når den var nærmere 30-timer.

Øst og vest

Så hvordan beveger plantene sine stilker om dagen? Atamian setter blekkpunkter på stilkene og filmet dem med et videokamera. På en time-lapse video kunne han måle endringsavstanden mellom prikkene.

Når planter spore solen, vokste østsiden av stammen raskere enn vestsiden, fant han. Om natten vokste vestsiden raskere mens stammen svingte motsatt. Laget identifiserte en rekke gener som ble uttrykt på høyere nivåer på solsiden av planten i løpet av dagen, eller på den andre siden om natten.

Harmer sier at det ser ut til å være to vekstmekanismer på jobben i solsikkestammen. Den første setter en grunnvekst for veksten for anlegget, basert på tilgjengelig lys. Den andre, styrt av sirkadisk klokke og påvirket av lysretningen, får stammen til å vokse mer på den ene siden enn den andre, og svinger derfor øst mot vest om dagen.

Etter hvert som solsikkeperien vokser og blomsten åpner seg, går den generelle veksten ned, og plantene slutter å bevege seg i løpet av dagen og slå seg ned mot øst. Dette ser ut til å være fordi, ettersom den generelle veksten senker, sikrer sirkadisk klokke at anlegget reagerer sterkere for å lyse tidlig på morgenen enn om ettermiddagen eller kvelden, slik at den gradvis slutter å bevege seg vestover om dagen.

'Bier som varme blomster'

Hvorfor står modne solsikker mot øst, uansett? Forskerne vokste solsikker i potter i feltet, og roterte noen av dem mot vest. Ved å måle blomstene med et infrarødt kamera, fant de at de østvendte solsengene varmet opp raskere om morgenen - og tiltrukket også fem ganger så mange pollinerende insekter. Oppvarming av vestvendte blomster med en bærbar varmeapparat brakte flere pollinatorer tilbake til blomstene.

"Bier som varme blomster," sier Harmer.

"På samme måte som mennesker, planter stole på daglige rytmer om dagen og natten for å fungere," sier programleder Anne Sylvester. "Solsikker, som solpaneler, følger solen fra øst til vest. Disse forskerne taper inn informasjon i solsikkegenomet for å forstå hvordan og hvorfor solsikker sporer solen. "

Andre medforfattere av papiret er Nicky Creux på UC Davis, og Evan Brown og Austin Garner ved University of Virginia. National Science Foundation's Plant Genome Research Program støttet arbeidet.

kilde: UC Davis

Relaterte bøker

at InnerSelf Market og Amazon