ZNANOST: hrvatski znanstveni portal

Otkriven novi način na koji biljke kontroliraju cvjetanje

Tijekom životnog ciklusa kod biljaka se može razlikovati početna faza vegetativnog rasta i kasnija, reproduktivna faza. U nekih vrsta biljaka, npr. pšenice i suncokreta, taj je prijelaz vrlo oštar, dok u drugih vrsta, npr. graha i rajčice, istovremeno mogu biti prisutni i vegetativni rast i cvjetanje. Kod prvog tipa biljaka rast je obično određen, a os završava cvijetom, dok se kod drugog tipa biljaka cvjetovi razvijaju na bočnim ograncima, a glavna os nastavlja rasti. No, u obje grupe biljaka postoji određeno minimalno razdoblje isključivo vegetativnog rasta. U nekih je vrsta izražena autonomna kontrola cvjetanja, tj. prijelaz prema cvjetanju zbiva se neovisno o okolišnim uvjetima, dok druge vrste zahtijevaju izlaganje točno određenim okolišnim uvjetima, npr. određenoj duljini dana i/ili temperaturi da bi procvjetale. No, prijelaz iz vegetativne u reproduktivnu fazu može biti određen i unutrašnjim, genetskim kontrolnim mehanizmima.

Cvjetovi biljaka ne privlače samo naše poglede, nego i one oprašivača poput pčela. Moraju, da bi se razmnožavali. Budući da biljke trebaju povećati mogućnost da dođe do oprašivanja, vrijeme cvatnje pri tome može imati važne učinke na cvijet, plod, stvaranje sjemenki, a time i poljoprivrednih prihoda.

Znamo da su glavni pokretači cvjetanja vanjski faktori poput svjetlosti i temperature. Međutim, novo istraživanje CSHL (Cold Spring Harbor Laboratory) doktora i profesora Zacha Lippmana i njegovih suradnika, objavljeno u časopisu Nature Genetics, pokazuju da postoji i drugi, dosada nepoznat, mehanizam kontrole cvjetanja.

Koristeći rajčicu kao modelni organizam, Lippman i njegovi CSHL koautori, Cora MacAlister, Soon Ju Park i Ke Jiang, pokazuju da gubitak kontrole nad vremenom cvjetanja, kao. npr. ako se pokrene prerano, rezultira stvaranjem samo jednog cvijeta na svakom bočnom ogranku, umjesto uobičajenih sedam do deset. Isto tako, odgađanje cvjetanja omogućuje stvaranje više cvatućih bočnih ogranaka, a samim time i više plodova.

Ovakvo raščlanjivanje vremena cvatnje biljaka poput rajčice, vodi do novih strategija za povećanje poljoprivrednih prihoda važnih usjeva.  

Vrijeme cvatnje je precizno

Tijekom procesa cvatnje, biljke formiraju strukture reproduktivnih izdanaka koji se zovu cvatovi. Te strukture se razvijaju iz malih populacija matičnih stanica smještenih unutar sićušnih rastućih vrhova izdanaka, tzv. meristema. Kada biljka primi signale poput svjetlosti i/ili odgovarajuće temperature, iz meristema se formiraju biljni organi poput listova i cvjetova.

Kultivirane rajčice koje volimo zbog sjajnih, ukusnih crvenih plodova, obično stvaraju nekoliko cvatova na svakom izdanku, a svaki je cvat organiziran po cik-cak uzorku od sedam do deset cvjetova na bočnom ogranku. Zanimljivo, mnoge divlje sorte rajčice stvaraju mnogobrojne bočne ogranke i svaki ima puno cvjetova te se tako povećava reproduktivni potencijal biljke. U rijetkim slučajevima, genetske mutacije kultiviranih rajčica oblikuju cvatove u obliku metlica s mnoštvom bočnih ogranaka, poput divljih sorti. Postoji još jedna skupina mutanata koji proizvode samo po jedan, ponekad abnormalan, cvijet.

U prijašnjem istraživanju su Lippman i suradnici objasnili da je vrijeme cvjetanja važno pri tome hoće li biljka imati više bočnih ogranaka ili ne. Prepoznajući aktivnost tisuće gena odgovornih za proces cvjetanja rajčice, otkrili su „molekularni sat“ koji koordinira hoće li iz meristema nastati brojni bočni ogranci ili ne.

U novoobjavljenom istraživanju otkrili su da jedan od tih gena igra važnu ulogu u sprečavanju preranog cvjetanja. 

TMF kontrolira sinkronizaciju cvjetanja

„Da bi biljka odredila kada i gdje nakon stvaranja listova početi stvarati cvjetove, sve mora biti savršeno tempirano.“ kaže Lippman. „Znamo da je cvjetanje regulirano temperaturom i dužinom dana, ali sada smo otkrili i novi mehanizam.“.

Trenutak spoznaje za Lippmana i njegov tim, uključujući kolege iz Francuske (Evry, Unité de Recherche en Génomique Végétale) i Izraela (Rehovot Weizmann Institute of Science) došao je kada su proučavali mutirane biljke rajčice. „Pronašli smo gen koji, kada mutira, pretvara običnu rajčicu s mnogobrojnim cvjetovima u onu sa samo jednim cvijetom.“ kaže Lippman. Tako rajčica oponaša druge biljke s jednim cvijetom iz iste porodice (Solanaceae – pomoćnice): patlidžan, duhan, petuniju i papriku.

Za gen kojeg su pronašli, nazvan TMF (terminating flower), nije dosad bilo poznato da ima tako važnu ulogu u rastu biljaka, unatoč tome što je kontrola cvjetanja i geni koji ju kontroliraju bila istraživana preko više desetljeća u mnogo sorti, uključujući modelnu biljku Arabidopsis te rižu i kukuruz.

„Čini se da TMF regulira dosad nepoznate putove koji su uključeni u određivanje vremena cvatnje. Razlog da mutacijama kod TMF-a nastaju cvatovi s jednim cvijetom je taj da biljka misli da je vrijeme za cvatnju kada se još nalazi u vegetativnoj fazi rasta koja prethodi cvjetanju dok se još uvijek stvaraju listovi.“ objašnjava Lippman.

Cvjetanje je strogo kontroliran proces, pa kada se izgubi funkcija TMF-a, proces postaje neusklađen. Vanjski signali (svjetlost, temperatura) nisu još dosegnuli kritičnu vrijednost da kažu biljci da je vrijeme za stvaranje cvjetova, ali ono ipak počinje. Prema tome se TMF ponaša kao unutarnji signal za početak cvjetanja. „Njegova normalna funkcija jest odgoditi cvjetanje, lagano ga usporiti, tako da se ono ne dogodi prerano.“ Rekao je Lippman.

Ako biljke počnu stvarati cvjetove prebrzo, moguće je da listovi neće imati dovoljno energije za održavanje tih cvjetova i plodova. Ali Lippman tvrdi da su neke vrste biljke od toga stvorile prednost i evoluirale stvarajući manje ili više cvjetova po cvatu. Moguće je npr. da su u prirodi neke biljke uspješnije s manjim brojem cvjetova tijekom duljeg perioda.

Vrste porodice Solanaceae, kojoj pripada i rajčica, stvaraju sve tipove cvatova, što ih čini zanimljivima za istraživanje. Proučavajući kako genetski „prekidači“ kontroliraju stvaranje cvjetova, postoji nada da se njima može manipulirati u svrhu poljoprivrednih usjeva, poput povećanja prinosa rajčice.

Izvor: Cold Spring Harbor Laboratory

Podijeli.