Dudits Dénes

A növények szexuális életének molekuláris titkai

IV. Miként dönt a növény a virágzás megkezdéséről?

A (9. ábra) a fény szerepére hívja fel a figyelmet, hiszen a virágok megjelenésének idejét a nappalok és éjszakák hossza, a fotoperiódus befolyásolja döntően. A lúdfű (Ababidopsis) hosszúnappalos növény. Az ábrán (10. ábra) látható, hogy ha elegendő a nappali órák száma, akkor nincs akadálya a virágzásnak, míg 10 órás megvilágítás mellett csak levélrozettát találunk: késik a lúdfű növényeken a virágok megjelenése. Fordított a helyzet a rizs esetében, amely rövidnappalos növény. A sok napfényes óra gátolja a bugák kialakulását, míg 10 órás megvilágítás esetén gazdag virágzatot hoznak a rizs növények (11. ábra).

9. ábra

10. ábra

11. ábra

Izgalmas fejlődésbiológiai kérdés, hogy miként érzékelik a növények a nappalok hosszát, és milyen gének és fehérjék játszanak szerepet a virágzás folyamatának elindításában. A virágzás kezdetén megváltozott növények, illetve a hibás mutáns gének jellemzése vezetett a Constans (CO) gén kulcsszerepének felismeréséhez. Mielőtt ennek a mestergénnek a hatását tisztáznánk, célszerű kitérőt tenni és áttekinteni a növényi gének főbb strukturális és funkcionális elemeit.

A leegyszerűsített vázlat (12. ábra) három fő részt különít el a növényi gént alkotó DNS-szakaszon belül: 1: a promoter szakasz, amely a gén működésének szabályozásáért felelős. A jellegzetes szekvenciamotívumokat, az ún. cisz elemeket tartalmazó régióhoz aktiváló vagy gátló fehérjék kötődnek, melyek befolyásolják, hogy milyen sejtben, szervben, mikor és milyen erősséggel történjen a gén átíródása (transzkripciója). 2: a kódoló régió irányítja a hírvivő mRNS kialakulását, amely alapul szolgál a gén által kódolt fehérje szintéziséhez. 3: a gént lezáró terminációs jel. A CO fehérjeintegráló, koordináló feladatot lát el azáltal, hogy szabályozza bizonyos virágzási gének aktivitását. Mint a képen (13. ábra) látható, a CO gén működése napszakos ritmust mutat a megvilágítás hosszától függően. A CO fehérje által szabályozott egyik virágzási gén az ún. FL (Flowering Locus) gén, amelynek aktivitása csak hosszú megvilágítás mellett teszi lehetővé a virágzást, amikor elegendő mennyiségben képződik a CO gén terméke.

12. ábra

13. ábra

14. ábra

A Constans gén szerepéről megbízható információval szolgálnak az ún. transzgénikus növények. Az egyik beavatkozási lehetőség, hogy az izolált CO gén promoterét lecseréljük egy folyamatosan működő és erősen aktív szabályozó elemmel, majd az így létrehozott kiméra gént visszaépítjük a lúdfű génállományába. Ezt a műveletet nevezzük genetikai transzformációnak. A következő ábra (14. ábra) igen érdekes eredményről tájékoztat. A vad típusú, nem transzformált növényekkel összehasonlítva a CO fehérjét nagyobb mennyiségben tartalmazó transzformáns növény hosszú nappalon korábban virágzik, és még rövid nappalos megvilágítás mellett is virágot hoz az új, mesterségesen kialakított gént hordozó növény. A lúdfű tesztnövénnyel kapott eredmények alapvetően új lehetőséget nyitnak a molekuláris növénynemesítés számára, hiszen a virágzás idejének befolyásolása jelentős gazdasági előnyökkel járhat. Gondoljunk arra, hogy az aszály okozta károk mérséklésének egyik lehetséges megoldása az, ha korai növényfajtákat termesztünk, amelyek túl vannak a virágzás és magkötés fázisán, mire a talaj víztartalékai teljesen kimerülnek.