Florigenas

Florigenas (arba „žydėjimo hormonas“) - į hormoną panaši molekulė, atsakinga už augalų žydėjimo kontrolę ir suaktyvinimą. 

Florigenas gaminamas lapuose ir veikia  viršūninėje meristemoje bei pumpuruose. Yra žinoma, kad jis gali būti perduodamas transplantatui ir net veikti skirtingose rūšyse. Nustatyta, kad florigenas yra identiškas transkripcijos faktoriui FLOWERING LOCUS T (FT) .

Atsakas į fotoperiodizmą 

Kad augalas pradėtų žydėti, jo viršūninėje meristemoje turi įvykti pokyčiai . Tačiau yra daug aplinkos veiksnių, turinčių įtakos augalui dar prieš jam pradedant šį procesą – ypač šviesa. Būtent dėl „vidinės ir išorinės kontrolės sistemų raidos augalai gali tiksliai reguliuoti žydėjimą, kad jis įvyktų sėkmingai reprodukcijai optimaliu laiku  Augalas šį optimalų laiką nustato pagal dienos ir nakties laikotarpio kaitą, naudodamasis fotoperiodizmu. Nors iš pradžių buvo manoma, kad fotosintezės produktų kaupimasis kontroliuoja augalų žydėjimą, pora mokslininkų, vardu Wightman Garner ir Henry Allard, įrodė, kad taip nėra . Jie nustatė, kad dienos trukmė, o ne produktų kaupimasis augaluose turėjo įtakos jų žydėjimui.

Žydintys augalai skirstomi į dvi pagrindines fotoperiodinio atsako kategorijas:

 Trumpos dienos augalai (SDP) žydi tik trumpomis dienomis ("kokybiniai SDP"), arba jų žydėjimą pagreitina trumpos dienos ("kiekybiniai SDP") 
 Ilgos dienos augalai (LDP) žydi tik ilgomis dienomis ("kokybiniai LDP"), arba jų žydėjimą pagreitina ilgos dienos ("kiekybiniai LDP") 

Šie žydinčių augalų tipai skiriasi pagal tai, ar diena viršijo tam tikrą trukmę – paprastai skaičiuojama 24 valandų ciklais – vadinamą kritine dienos trukme . Taip pat svarbu pažymėti, kad nėra absoliučios minimalios dienos trukmės vertės, nes ji labai skiriasi priklausomai nuo rūšies. Kol nepasiekiamas tinkamas dienos ilgis, augalai blokuoja žydėjimo procesus. Tai pasiekiama adaptacijomis, pvz., neleidžiant nesubrendusiems augalams reaguoti į netinkamą dienos trukmę . Augalai taip pat prisitaikę blokuoti atsaką į fotoperiodinį stimulą, kol pasiekiama tam tikra temperatūra . Tokios rūšys kaip žieminiai kviečiai kliaujasi vien šiais mechanizmais . Kviečiams reikalingas šaltas laikotarpis, kad jie galėtų reaguoti į fotoperiodą . Tai vadinama vernalizacija arba žiemojimu .

Šią augalų žydėjimo dinamiką iš esmės valdo vidinis laikrodis, vadinamas „endogeniniu osciliatoriumi“ .  Manoma, kad šiuos vidinius ritmo reguliatorius „valdo keturių genų rinkinių, ekspresuojamų auštant, ryte, po pietų, ir vakaro valandomis, sąveika, [ir kad] šviesa gali padidinti svyravimų amplitudę aktyvuodama ryto ir vakaro genus." Šių skirtingų genų ritmai sukuriami augalų viduje, prasideda nuo lapų, bet reikalauja aplinkos dirgiklio, pvz., šviesos. Šviesa iš esmės skatina žydėjimo stimulo (florigeno) perdavimą ūglio viršūnei, kai suvokiamas tinkamas dienos ilgis . Šis procesas žinomas kaip fotoperiodinė indukcija ir yra fotoperiodinis procesas, kuris taip pat priklauso nuo endogeninio osciliatorius .

Pagal dabartinį modelį, žydėjimo reguliavime dalyvauja keli skirtingi veiksniai. Florigeno tyrimai daugiausia orientuoti į modelinį organizmą ir ilgos dienos augalą Arabidopsis thaliana. Nors dauguma su florigenu susijusių reguliavimo mechanizmų konservatyvūs ir kitose tirtose rūšyse, yra ir skirtumų . Mechanizmas gali būti suskirstytas į tris etapus: fotoperiodu reguliuojama iniciacija, signalo translokacija per floemą ir žydėjimo indukcija ūglio viršūninėje meristemoje.

Žydėjimo indukcijos mechanizmas

Iniciacija

Arabidopsis thaliana organizme signalas inicijuojamas informacinės RNR (mRNR), koduojančios transkripcijos faktorių, vadinamą CONSTANS (CO), produkcijos. CO mRNR gaminama maždaug 12 valandų po aušros pagal ciklą, reguliuojamą augalo cirkadinio ritmo, ir tada transliuojama į CO baltymą . Tačiau CO baltymas yra stabilus tik šviesoje, todėl jo kiekis išlieka žemas trumpomis dienomis, ir ilgomis dienomis gali pasiekti piką tik prietemoje, kai vis dar yra šiek tiek šviesos . CO baltymas skatina kito geno, vadinamo Flowering Locus T (FT), transkripciją . Pagal šį mechanizmą, CO baltymas gali pasiekti FT transkripciją skatinantį lygį tik esant ilgomis dienomis. Taigi, florigeno perdavimas ir kartu žydėjimo sužadinimas priklauso nuo palyginimo tarp augalo dienos/nakties suvokimo ir vidinio biologinio laikrodžio rodmenų .

Translokacija

FT baltymas, pagamintas veikiant CO transkripcijos faktoriui, per floemą transportuojamas į ūglio viršūninę meristemą .

Žydėjimo indukcija

Florigenas yra sistemiškai mobilus signalas, sintetinamas lapuose ir per floemą nunešamas į ūglio viršūninę meristemą (SAM), kurioje inicijuoja žydėjimą . Arabidopsis organizme žydėjimo hormoną koduoja FLOWERING LOCUS T (FT) genai, o ryžiuose šį hormoną koduoja Hd3a genai, todėl šie genai yra ortologai . Naudojant transgeninius augalus buvo nustatyta, kad ryžiuose esantis Hd3a promotorius yra lokalizuotas lapo floemoje kartu su Hd3a mRNR. Tačiau Hd3a baltymas nerandamas nė vienoje iš šių vietų, bet kaupiasi SAM, ir tai rodo, kad Hd3a baltymas pirmiausia transliuojamas lapuose, o po to per floemą pernešamas į SAM, kur inicijuojama tranzicija į žydėjimo režimą; tokie patys rezultatai buvo gauti ir tiriant Arabidopsis . Šie rezultatai siūlo išvadą, kad FT/Hd3a yra florigeno signalas, skatinantis žydėjimo tranziciją.

Padarius šią išvadą, tapo svarbu suprasti procesą, kuriuo FT baltymas sukelia žydėjimo tranziciją, kai pasiekia SAM. Pirmoji užuomina gauta pažvelgus į „Arabidposis“ modelius, kurie parodė, kad bZIP domenas, turintis transkripcijos faktorių FD, kažkaip sąveikauja su FT ir sudaro transkripcijos kompleksą, kuris aktyvuoja žydėjimo genus . Tyrimai su ryžiais parodė, kad yra sąveika tarp Hd3a ir OsFD1 (FT ir FD homologų), kurią reguliuoja 14-3-3 baltymas GF14c . 14-3-3 baltymas veikia kaip tarpląstelinis florigeno receptorius, kuris tiesiogiai sąveikauja su Hd3a ir OsFD1, sudarydamas trijų baltymų kompleksą, vadinamą florigeno aktyvinimo kompleksu (FAC), kuris yra būtinas florigenų funkcijai. FAC veikia suaktyvindamas genus, reikalingus žydėjimui inicijuoti viršūninėje meristemoje. Arabidopsis žydėjimo genai apima AP1, SOC1 ir kelis SPL genus, o ryžiuose žydėjimo genas yra OsMADS15 (AP1 homologas ) .

 Genų transkripcijos aktyvacija 

Yra trys genai, dalyvaujantys vidinio laikrodžio valdomoje žydėjimo indukcijoje: GIGANTEA (GI), CONSTANS (CO) ir FLOWERING LOCUS T (FT). Nuolatinė per didelė GI ekspresija iš Žiedinių kopūstų mozaikos viruso 35S promotoriaus sukelia ankstyvą žydėjimą trumpomis dienomis, todėl GI mRNR ekspresijos padidėjimas skatina žydėjimą. Be to, GI padidina FT ir CO mRNR ekspresiją, o FT ir CO mutantų žydėjimo laikas buvo vėlesnis nei GI mutantų. Kitaip tariant, tam, kad augalai galėtų žydėti esant trumpoms dienoms, reikalingi funkciniai FT ir CO genai. Be to, šių žydėjimo genų produktai kaupiasi šviesioje fazėje ir jų koncentracija mažėja tamsioje fazėje, kaip rodo matavimai pasitelkiant žaliai fluorescencuojantį baltymą. Taigi, žydėjimo genų ekspresija svyruoja per 24 valandų šviesos-tamsos ciklą. Apibendrinant galima pasakyti, kad vien GI mRNR arba GI, FT ir CO mRNR kaupimasis skatina Arabidopsis thaliana žydėjimą ir šie genai yra ekspresuojami laiko seka GI-CO-FT .

Veikimo potencialas sukelia kalcio srautą į gyvūnų neuronus arba augalų šaknų viršūnines ląsteles. Tarpląsteliniai kalcio signalai yra atsakingi už daugelio biologinių organizmų funkcijų reguliavimą. Pavyzdžiui, Ca2+ prisijungimas prie kalmodulino, Ca2+ jungiančio baltymo gyvūnuose ir augaluose, kontroliuoja genų transkripciją .

Antiflorigenas

Florigeną reguliuoja antiflorigeno veikimas . Antiflorigenai yra hormonai, koduojami tų pačių florigeno genų, kurie slopinana florigenų funkciją . Antiflorigenas Arabidopsis organizme yra  TERMINAL FLOWER1 (TFL1)  baltymas, o pomidoruose tai yra SELF PRUNING (SP)  baltymas.

 Žydėjimo iniciacijos modelis 

Remiantis aukščiau pateikta informacija, siūlomas biologinis žydėjimo mechanizmas. Šviesa yra Arabidopsis thaliana'' žydėjimo signalas. Šviesa aktyvuoja fotoreceptorius  ir suaktyvina signalines kaskadas augalų viršūninių arba šoninių meristemų ląstelėse. Veikimo potencialas per floemą pasklinda į šaknį, o išilgai stiebo atsiveria daugiau nuo įtampos priklausomų kalcio kanalų. Tai sukelia kalcio jonų antplūdį augale. Šie jonai jungiasi prie kalmodulino ir Ca2+/CaM signalinė sistema suaktyvina  GI mRNR arba FT ir CO mRNR raišką. GI mRNR arba GI-CO-FT mRNR kaupimasis per dieną sukelia augalo žydėjimo indukciją .

Išnašos

Išorinės nuorodos 

 
 
 

Augalų hormonai