Växtbiologer har upptäckt hur solrosor använder sin interna cirkadiska klocka, som verkar på tillväxthormoner, för att följa solen under dagen när de växer.

"Det är det första exemplet på växtens klockmodulerande tillväxt i en naturlig miljö och har verkliga konsekvenser för växten", säger Stacey Harmer, professor i växtbiologi vid University of California, Davis och senior författare till ett papper i tidningen Vetenskap.

Harmer är en molekylärbiolog som studerar cirkadiska klockor, vanligtvis i laboratorieverket Arabidopsis, vilket är tydligt mindre än en solros. Tidigare hade Harmers laboratorium upptäckt kopplingar mellan "klockgener" och växthormonet auxin, som reglerar tillväxten. Men forskarna behövde ett exempel att arbeta på, och de fann det i solrosan.

Mot fel väg

Växande solrosor börjar dagen med huvudet mot öster, svänger väster om dagen och vänder tillbaka till öst på natten.

"Anläggningen förutser tidpunkten och gryningsriktningen, och för mig som ser ut som en anledning att koppla mellan klockan och tillväxtvägen", säger Harmer. Forskare så långt tillbaka som 1898 hade beskrivit detta beteende av solrosor, men ingen hade tidigare tänkt att associera den med cirkadiska rytmer.

Hagop Atamian, en postdoktoralforskare i Harmer's Lab, i samarbete med samarbetspartner Benjamin Blackmans laboratorium vid University of Virginia (nu vid UC Berkeley) utförde en serie experiment med solrosor på fältet, i krukor utomhus och inomhuskammare .

Genom att sticka växter så att de inte kan flytta eller vända krukväxter runt dagligen så att de vänd mot fel sätt visade Atamian att han kunde störa sin förmåga att spåra solen. Efter solen ger en växthöjning till växterna. Solrosor staked så att de inte kan flytta har minskad biomassa och mindre bladare än de som gör, fann forskarna.

När växter flyttade in i en inomhustillväxtkammare med immobile overhead ljus fortsatte de att svänga fram och tillbaka i några dagar. Det är den typ av beteende du förväntar dig av en mekanism som drivs av en intern klocka, säger Harmer.

Slutligen började inomhusplantorna spåra "solen" igen när den uppenbara ljuskällan flyttades över tillväxtkammaren genom att vända och stänga intilliggande ljus under dagen. Växterna kunde på ett tillförlitligt sätt spåra rörelsen och återvända på natten när den konstgjorda dagen var nära en 24-timmescykel, men inte när den var närmare 30-timmar.

Öst och väst

Så hur flyttar växterna sina stjälkar under dagen? Atamian sätter bläckpunkter på stjälkarna och filmade dem med en videokamera. På en time-lapse-video kunde han mäta ändringsavståndet mellan punkterna.

När växter spåra solen växte östsidan av stammen snabbare än västsidan, fann han. På natten växte västsidan snabbare när stammen svängde motsatt. Teamet identifierade ett antal gener som uttrycktes på högre nivåer på solens sida av växten under dagen eller på andra sidan på natten.

Harmer säger att det verkar finnas två tillväxtmekanismer på jobbet i solrosstammen. Den första sätter en grundläggande tillväxttakt för växten, baserat på tillgängligt ljus. Den andra, som styrs av cirkadiens klocka och påverkas av ljusets riktning, gör att stammen växer mer på ena sidan än en annan och därför svänger öster till väst under dagen.

När solrosor mognar och blomman öppnar sig, ökar den totala tillväxten, och plantorna slutar röra sig under dagen och slå sig ner mot öster. Detta verkar bero på att när den totala tillväxten saktar, säkerställer klockans klocka att växten reagerar starkare för att tända tidigt på morgonen än på eftermiddagen eller kvällen, så att den gradvis slutar röra sig västerut under dagen.

"Bees som varma blommor"

Varför ser mogna solrosor mot öst, hur som helst? Forskarna växte solrosor i krukor på fältet och roterade några av dem i väst. Genom att mäta blommorna med en infraröd kamera fann de att de östlända solrosorna värmdes upp snabbare på morgonen - och lockade också fem gånger så många pollinerande insekter. Uppvärmning av västvända blommor med en bärbar värmare förde mer pollinerare tillbaka till blommorna.

"Bees som varma blommor", säger Harmer.

"Precis som människor, växter litar på dagliga rytmer dag och natt för att fungera," säger programledare Anne Sylvester. "Solrosor, som solpaneler, följer solen från öst till väst. Dessa forskare pratar om information i solrosgenomet för att förstå hur och varför solrosor spårar solen. "

Ytterligare medförfattare av papperet är Nicky Creux på UC Davis, och Evan Brown och Austin Garner vid University of Virginia. National Science Foundation's Plant Genome Research Program stödde arbetet.

Källa: UC Davis

relaterade böcker

at InnerSelf Market och Amazon