До кінця холодів у рослинах накопичується достатньо потрібних білків, що допомагають розквіту.
У наших широтах рослини починають цвісти навесні. Але як вони дізнаються, що зима скінчилася і почалася весна? Ймовірно, рослини розуміють, що стало тепліше, але тут важливо не просто відчути тепло - воно має бути стабільним, тобто не відлига в середині зими, а справжня весна. З іншого боку, відомо, що прискорити цвітіння можна, тривалий час потримавши рослину на холоді - це називається яровізацією, або верналізацією.
Молекулярно-генетичний апарат, що управляє цвітінням, частково відомий. Ген FLC пригнічує цвітіння - але при низькій температурі FLC малоактивний, і він залишається малоактивним, коли починається тепло. Інший ген, VIN3, пригнічує роботу FLC і, отже, стимулює цвітіння. Синтез білка VIN3 на холоду поступово посилюється, так що саме за допомогою VIN3 рослина може оцінити тривалість холодного періоду. Коли довгий холод закінчується, накопичений VIN3 допомагає розквітти. Однак у цій схемі чогось не вистачає.
Чого саме не вистачає, описують у Nature співробітники Центру Джона Іннеса. За допомогою мутантних рослин Arabidopsis thaliana вони з'ясували, що активність VIN3 залежить від генів NTL8 і NTL14 - обидва активують ген VIN3. Зосередившись на гені NTL8, дослідники вирішили вивчити, як його активність залежить від температури. Як ми пам'ятаємо, генетична інформація з гена спочатку копіюється в молекулу РНК, а на РНК вже синтезується білок. Виявилося, що рівень РНК у рослинних клітинах залишається весь час приблизно одним і тим же, але рівень білка на холоду зростає. Всі білки не тільки синтезуються, але і розщеплюються з часом. Так що білка в клітці може ставати більше не тому, що його багато синтезується, і не тому, що в клітці багато його РНК, а тому, що він повільно розщеплюється.
Можна припустити, що активатора цвітіння NTL8 стає більше в холодних умовах тому, що в холодних умовах він повільніше розщеплюється. Але виявилося, що білок NTL8 однаково стабільний що в теплі, що в холоді. Справа була в іншому - концентрація NTL8 залежала від зростання рослини.
На холоді рослини не тільки не цвітуть, а й ростуть повільніше, ніж у теплі. Повільніше ростуть - значить, їх клітини повільніше діляться. У теплі клітини діляться швидше, і швидше ділять між собою насинтезований білок. Через активний поділ клітин білка NTL8 в них стає все менше, адже синтезується його стільки ж, скільки і завжди. У холодних умовах клітини діляться повільніше, і тому білок може накопичитися.
Автори роботи побудували математичну модель, яка описувала рівень NTL8 залежно від темпів зростання. За цією моделлю виходило, що NTL8 можна накопичити і в теплі, просто обмеживши зростання рослини, що цілком підтвердилося в експериментах. Накопичуючись у клітинах, NTL8 допомагає накопичуватися VIN3, іншому активатору цвітіння. А VIN3 поступово все сильніше пригнічує ген FLC, який цвітіння забороняє. Зрештою FLC перестає діяти і рослина розквітає. Це трапляється, коли стає вже тепло, і клітини починають швидко ділитися. Білок NTL8 в них виявляється розбавленим, він перестає в належній мірі стимулювати ген VIN3, а той перестає в належній мірі придушувати ген FLC - і FLC знову забороняє цвітіння.
Тобто холод і тепло керують цвітінням не самі, а через зріст. За довгий холодний період, поки клітини діляться слабо, в рослині накопичуються активатори цвітіння, які спрацьовують з настанням тепла. І потім цвітіння закінчується тому, що клітини стали активно ділитися і активатори цвітіння через це перестали діяти. Якщо говорити про сільське господарство, то, штучно гальмуючи або активуючи зростання, можна досягти того чи іншого бажаного ефекту - залежно від того, що ви хочете від рослини.
Втім, як зауважує портал Nature, цвітіння - не єдине, що залежить від зростання і концентрації білків. Такий механізм, коли якісь молекулярні регулятори розбавляються при поділі клітин, взагалі активно використовується в тканинах рослин (і не тільки рослин); відповідно, використовуючи його в своїх цілях, потрібно пам'ятати про різноманіття фізіологічних процесів, в яких цей механізм бере участь.