docflorigen – legenda czy rzeczywistość?
download 
Reklamacja Transkrypt
florigen – legenda czy rzeczywistość?
FLORIGEN LEGENDA CZY RZECZYWISTOÆ? POSTÊPY BIOLOGII KOMÓRKI 31 TOM 34 2007 NR 1 (3147) FLORIGEN LEGENDA CZY RZECZYWISTOÆ? FLORIGEN LEGEND OR REALITY? Waldemar WOJCIECHOWSKI, Jacek KÊSY, Jan KOPCEWICZ Zak³ad Fizjologii i Biologii Molekularnej Rolin, Instytut Biologii Ogólnej i Molekularnej, Uniwersytet Miko³aja Kopernika, Toruñ Streszczenie: 70 lat temu Mikhail Chailakhyan zaproponowa³ hormonaln¹ teoriê kwitnienia uwa¿aj¹c, ¿e w liciach powstaje specyficzny hormon kwitnienia, florigen, który transportowany jest nastêpnie do wierzcho³ka wzrostu. Poszukiwanie mitycznego florigenu zakoñczy³o siê niepowodzeniem. Badania wykaza³y jednak, ¿e u podstaw indukcji kwitnienia le¿y wspó³dzia³anie grupy genów charakteryzuj¹cych siê wysok¹ aktywnoci¹ w obrêbie komórek wi¹zek przewodz¹cych. Mobilny sygna³ kwitnienia mo¿e byæ produktem jednego z tych genów b¹d to w formie transkryptu mRNA, b¹d bia³ka. S³owa kluczowe: florigen, indukcja kwitnienia, geny kwitnienia. Summary: It is almost 70 years since Mikhail Chailakhyan put forward his hormonal theory of flowering induction, which envisaged the leaves producing and exporting to the shoot apex a specific floral hormone which he called florigen. The search for isolation of mythical florigen ended unsuccessfully. However, the investigations have shown that fundamental for flower induction is cooperation between family of flowering gens which express high activity in cells of vascular bundles. The mobile flowering signal could be a product of one of them in the form of transcript mRNA or protein. Key words: florigen, flower induction, flowering genes. Wykaz skrótów: ABA abscisic acid; AP1 apetala 1, AP2 apetala 2, CO CONSTANS, FCA flowering locus CA, FD flowering locus D, FLC flowering locus C, FT flowering locus T, FY flowering locus Y, GA giberellic acid, gibberellin, ga1 GA requiring 1, gai gibberellin insensitive, GUS betaglucuronidase, HD1 heading date 1, HD3a heading date 3a, ID1 indeterminate 1, LFY leafy, MFT mother of FT and TFL1, SOC1 suppressor of overexpression of constans 1, TFL1 terminal flower 1, spy spindly, TSF twin sister of FT . 32 W. WOJCIECHOWSKI, J. KÊSY, J. KOPCEWICZ Autorzy dedykuj¹ tê pracê Profesorowi Marianowi Michniewiczowi, nestorowi badañ nad hormonami rolinnymi i kwitnieniem w Polsce 1. WSTÊP 70 lat temu Mikhail Chailakhyan pracuj¹c w Instytucie Fizjologii Rolin w Moskwie nad problemem fotoperiodycznej kontroli kwitnienia doszed³ do wniosku, ¿e w wyniku indukcji pojawia siê w liciach hormon kwitnienia, który nazwa³ florigenem [16, 17]. Wniosek ten wysnu³ na podstawie obserwacji, ¿e sygna³ fotoperiodyczny jest przyjmowany przez licie, za ró¿nicowanie generatywne zachodzi w wierzcho³kach wzrostu, istnieje wiêc koniecznoæ przekazania informacji i mobilny florigen jest w³anie jej nonikiem. Równie¿ przekazywanie w wyniku szczepieñ sygna³u kwitnienia z zaindukowanych donorów do wegetatywnych receptorów stanowi³o podstawê do wysuniêcia przez Chailakhyana koncepcji florigenu. Koncepcja ta zak³ada³a wiêc, ¿e w wyniku indukcji fotoperiodycznej powstaje w liciach specyficzny, uniwersalny hormon kwitnienia florigen, który przemieszcza siê floemem do wierzcho³ka wzrostu, zmieniaj¹c wzorzec jego ró¿nicowania z wegetatywnego na generatywny. Wytworzony w zaindukowanych do kwitnienia rolinach florigen jest tak¿e przekazywany drog¹ szczepieñ, powoduj¹c kwitnienie rolin wegetatywnych. Koncepcja ta zosta³a szeroko zaakceptowana i sta³a siê przez kilkadziesi¹t lat dominuj¹cym sposobem mylenia w badaniach mechanizmów kwitnienia. Okaza³o siê jednak, ¿e istnienia tak rozumianego florigenu nie sposób udowodniæ. Z drugiej strony nie sposób tak¿e zaprzeczyæ, ¿e mobilny sygna³ kwitnienia powstaje w liciach, sk¹d przemieszcza siê do wierzcho³ków wzrostu, a tak¿e jest przekazywany drog¹ szczepieñ. Do czego wiêc 70 lat badañ nad najbardziej tajemniczym i kontrowersyjnym w fizjologii kwitnienia problemem doprowadzi³o? Czy teoria mistycznego florigenu jest ci¹gle ¿ywa, czy jest ju¿ tylko wspomnieniem historii, echem zawiedzionych nadziei? 2. HISTORIA BADAÑ NAD FLORIGENEM Badania nad fotoperiodyczn¹ kontrol¹ kwitnienia prowadzone w latach trzydziestych ubieg³ego stulecia przez Chailakhyana, Cholodnego, Moshkova, Kuijpera i innych, doprowadzi³y do postawienia koncepcji florigenu. Chailakhyan opar³ siê na faktach, i¿ licie s¹ organami receptorowymi dla bodca fotoperiodycznego w kwitnieniu roliny dnia krótkiego (SDP) Chrysanthemum indicum oraz wykaza³, ¿e mo¿na wywo³aæ indukcjê kwitnienia wskutek miêdzygatunkowego szczepienia miêdzy SDP Helianthus FLORIGEN LEGENDA CZY RZECZYWISTOÆ? 33 tuberosus L. i rolin¹ neutraln¹ (NDP) Helianthus annus L. [77]. Dalsze badania wykaza³y, ¿e bodziec kwitnienia jest przekazywalny poprzez ró¿ne gatunki rolin nale¿¹cych do ró¿nych typów wra¿liwoci fotoperiodycznej, a wiêc pomiêdzy SDP i LDP (rolinami dnia d³ugiego), jak równie¿ NDP (rolinami neutralnymi) [78]. Wyci¹gniêto st¹d wniosek, ¿e florigen jest uniwersalnym dla wszystkich rolin hormonem kwitnienia. Wydawa³o siê wtedy, ¿e pozostaje tylko kwestia izolacji i chemicznej identyfikacji tej substancji, aby problem mechanizmu indukcji fotoperiodycznej zosta³ rozwi¹zany. Rzeczywistoæ jednak okaza³a siê du¿o bardziej skomplikowana. Szeroko prowadzone badania izolacji florigenu w wielu czo³owych pracowniach na wiecie koñczy³y siê niepowodzeniami. Badano zarówno ekstrakty z lici, jak i eksudaty floemowe. Generalnie, wielokrotnie uzyskiwano czêciowo aktywne w procesie kwitnienia frakcje, ale identyfikacja by³a albo niemo¿liwa ze wzglêdu na niskie stê¿enie substancji aktywnych, b¹d identyfikowano, w konsekwencji, substancje nieaktywne [21]. Niepowodzenie tych badañ prowadzi³o do frustracji, jednak¿e pora¿ki t³umaczono niedoskona³oci¹ metod izolacji i identyfikacji, jak równie¿ brakiem odpowiednich testów kwitnieniowych. W tej sytuacji Anton Lang w 1956 roku odkry³, ¿e gibereliny, jak równie¿ bogate w gibereliny ekstrakty z rolin s¹ w stanie wywo³aæ indukcjê kwitnienia u rozetowych rolin dnia d³ugiego, tak¿e u Arabidopsis thaliana rosn¹cych w warunkach nieindukcyjnego dnia krótkiego [43]. Badania te wykaza³y du¿¹ rolê giberelin w kwitnieniu, a uczestniczy³ w nich przebywaj¹cy ówczenie w pracowni prof. A. Langa w Kalifornii profesor Marian Michniewicz [47] z Uniwersytetu Miko³aja Kopernika w Toruniu, pionier polskich badañ nad hormonami rolinnymi i fizjologi¹ kwitnienia. Wykazanie roli giberelin w kwitnieniu spowodowa³o, ¿e M. Chailakhyan zmodyfikowa³ w 1958 roku wyjciow¹ koncepcjê florigenu, przyjmuj¹c, ¿e jest on dwusk³adnikowym kompleksem z³o¿onym z giberelin i antezyn [18]. Gibereliny mia³yby byæ odpowiedzialne za tworzenie ³odyg kwiatowych, a antezyny, hipotetyczne hormony kwiatowe, za tworzenie kwiatów. Chailakhyan zak³ada³, ¿e przy nieindukcyjnych fotoperiodach antezyny s¹ limituj¹cym czynnikiem w zakwitaniu SDP, a gibereliny u LDP. Zaczêto wiêc poszukiwaæ antezyn. Historia jednak powtórzy³a siê. Próby izolacji i identyfikacji antezyn koñczy³y siê niepowodzeniami [19]. Powraca³a frustracja i zniechêcenie. Starano siê dalej modyfikowaæ koncepcjê florigenu proponuj¹c istnienie tak¿e antyflorigenu (inhibitora kwitnienia). O kierunku ró¿nicowania wierzcho³ka wzrostu (wegetatywny/generatywny) decydowaæ mia³aby wewnêtrzna równowaga florigenu i antyflorigenu [78]. Jednak¿e brak mo¿liwoci potwierdzenia istnienia florigenu doprowadzi³ do redefinicji bodca kwitnienia i zanegowania jego uniwersalnoci. Zaczêto kwestionowaæ, ¿e florigen jest substancj¹ drobnocz¹steczkow¹ i postulowano kompleksowoæ jego struktury [10]. Zaobserwowano, ¿e w tworzeniu kwiatów grochu bierze udzia³ dominuj¹cy allel Sn. Jednoczenie wp³ywa on jednak tak¿e na zwiêkszenie liczby m³odocianych lici, skrócenie miêdzywêli, hamowanie rozwoju owoców. W wielu dowiadczeniach wykazano, ¿e bodce kwitnienia przenoszone przez szczepienia wp³ywaj¹ równie¿ na inne procesy rozwojowe. Nie s¹ wiêc uniwersalne czy te¿ wybiórczo specyficzne. Zaczê³y siê tak¿e pojawiaæ sugestie, ¿e przemieszczaj¹cy siê bodziec kwitnienia mo¿e byæ ró¿ny u ró¿nych rolin, co tak¿e negowa³o uniwersalnoæ florigenu [8]. W rezultacie pojawi³y siê nowe koncepcje t³umacz¹ce mechanizm 34 W. WOJCIECHOWSKI, J. KÊSY, J. KOPCEWICZ kwitnienia, takie jak: hipoteza ró¿norodnoci pokarmowej (rola asymilatów) [61], wieloczynnikowy model kwitnienia [9] czy te¿ przyjêcie, ¿e sygna³ kwitnieniowy jest natury fizycznej [71]. Zdawaæ trzeba sobie z tego sprawê, ¿e koncepcje te pojawi³y siê przede wszystkim z powodu niemo¿noci okrelenia struktury chemicznej florigenu, jednak przekonanie o potrzebie poznania natury mobilnego induktora kwitnienia pozosta³o. Badania nad mechanizmami indukcji kwitnienia w erze biologii molekularnej prowadzone s¹ na dwóch poziomach: hormonalnym i molekularno-genetycznym. Wnios³y one nowe spojrzenie tak¿e na koncepcjê florigenu. Zagadnienia te by³y szeroko omawiane w naszych wczeniejszych pracach przegl¹dowych [42, 66, 67]. 3. BADANIA UDZIA£U SUBSTANCJI NISKOCZ¥STECZKOWYCH W INDUKCJI KWITNIENIA Zdecydowana wiêkszoæ powsta³ych modeli kwitnienia przypisywa³a bodcom kwitnienia drobnocz¹steczkow¹ hormonaln¹ naturê. Naturê tak¹ mia³ mieæ florigen, antyflorigen i antezyny. Jedyn¹ substancj¹ spe³niaj¹c¹ w du¿ej mierze wymagania postawione florigenowi by³a giberelina. U wielu rolin dnia d³ugiego, jak np. Samolus parviflorus, Rudbeckia bicolor oraz Lolium temulentum gibereliny ca³kowicie zastêpuj¹ w indukcji kwitnienia fotoperiod [11, 38]. Zmiany poziomu giberelin w trakcie indukcji kwitnienia u Lolium temulentum wykazuj¹ przebieg w pe³ni zgodny z klasyczn¹ teori¹ Chailakhyana. Percepcja indukcyjnego fotoperiodu wywo³uje wzrost poziomu giberelin w liciach, z których s¹ one transportowane do wierzcho³ka wzrostu pêdu, gdzie indukuj¹ kwitnienie [37]. Równoczenie u wielu gatunków rolin gibereliny nie tylko nie stymuluj¹ indukcji kwitnienia, ale nawet j¹ hamuj¹ [54]. I chocia¿ z tego wzglêdu giberelin nie mo¿na nazwaæ florigenem, to wspó³czesne badania genetyczne wykonane na Arabidopsis thaliana potwierdzaj¹ jednak istotn¹ rolê tych hormonów w indukcji kwitnienia. W warunkach dnia krótkiego mutant biosyntezy giberelin ga1 nie kwitnie, dopóki nie zostan¹ dostarczone egzogenne gibereliny [74], natomiast mutant szlaku transdukcji sygna³u giberelinowego gai kwitnie bardzo póno, a mutant spy, charakteryzuj¹cy siê konstytutywn¹ odpowiedzi¹ na gibereliny jest wczenie kwitn¹cy [35]. Aktywnoæ genu LFY u mutanta ga1 jest obni¿ona, a jego aktywacja dniem d³ugim jest opóniona, natomiast u mutanta spy rosn¹cego na dniu krótkim jest podwy¿szona [14]. Dowiadczenia na mutantach, koresponduj¹ce w pe³ni z wczeniejszymi obserwacjami fizjologicznymi, doprowadzi³y ostatecznie do odkrycia u Arabidopsis thaliana zale¿nego od giberelin szlaku sygna³owego bezporednio aktywuj¹cego geny kwitnienia (ryc. 2) [12]. Nie wiadomo jednak, czy identyczny szlak funkcjonuje tak¿e u innych rolin stymulowanych do kwitnienia przez gibereliny. Wyjanienia wymaga równie¿ rola giberelin w indukcji kwitnienia u pozosta³ych rolin. Pomimo wielu lat badañ, mechanizmy dzia³ania pozosta³ych hormonów rolinnych w indukcji kwitnienia nie zosta³y poznane w takim stopniu jak funkcjonowanie giberelin. Auksyny i etylen zazwyczaj stymuluj¹ kwitnienie rolin dnia d³ugiego i hamuj¹ indukcjê FLORIGEN LEGENDA CZY RZECZYWISTOÆ? 35 RYCINA 1. Schemat inaktywacji kompleksu bia³kowego FCA-FY przez ABA w mechanizmie kontroli aktywnoci transkrypcyjnej genu FLC. Bia³kowy produkt genu FLC jest represorem kwitnienia. Jego ekspresja jest negatywnie regulowana miêdzy innymi przez kompleks bia³kowy FCA-FY. W zwi¹zku z tym odpowiednio wysoki poziom zagregowanych bia³ek FCA-FY umo¿liwia rolinie wytworzenie kwiatów. ABA uniemo¿liwia tworzenie siê kompleksów FCA-FY, wskutek czego dochodzi do ekspresji genu FLC i wytwarzanie kwiatów nie nastêpuje (na podstawie [62] zmodyfikowany) rolin dnia krótkiego. Choæ zdarzaj¹ siê pojedyncze przypadki pe³nej stymulacji lub hamowania kwitnienia przez te hormony, jak np. indukcja kwitnienia ananasa przez etylen [11], to nie zawsze jest to skorelowane z endogennymi zmianami ich poziomu w trakcie kwitnienia. Eufemistycznie mo¿na stwierdziæ, ¿e wp³yw omawianych hormonów na kwitnienie jest zró¿nicowany i zale¿y od gatunku, wieku czy stanu fizjologicznego roliny [65]. Jednak¿e stwierdzenie takie powinno byæ poparte dalszymi szczegó³owymi badaniami nad rol¹ tych substancji w kwitnieniu. I chocia¿ nie nale¿y siê spodziewaæ, ¿e którykolwiek z hormonów rolinnych jest chailakhyanowskim florigenem, to ich oddzia³ywanie ze szlakami sygna³owymi prowadz¹cymi do zakwitania nie budzi w¹tpliwoci. Ostatnio okaza³o siê na przyk³ad, ¿e j¹drowe bia³ko FCA odgrywaj¹ce istotn¹ rolê w regulacji ekspresji genu FLC u Arabidopsis, jest receptorem kwasu abscysynowego [57]. Bia³kowy produkt genu FLC jest represorem kwitnienia, a jego ekspresja jest hamowana miêdzy innymi przez kompleks bia³ek FCA-FY. Selektywne wi¹zanie ABA do bia³ka FCA zapobiega tworzeniu siê kompleksu FCA-FY. Prowadzi to do podwy¿szenia poziomu FLC, a w konsekwencji do hamowania kwitnienia (ryc. 1). Uzyskane wyniki badañ molekularnych s¹ zgodne z obserwacjami fizjologicznymi, w których egzogenny ABA hamuje kwitnienie Arabidopsis thaliana, a mutanty cechuj¹ce siê niedoborem ABA kwitn¹ wczeniej w warunkach dnia krótkiego [44]. Chocia¿ znaczenie poszczególnych hormonów rolinnych w procesie indukcji kwitnienia jest jeszcze ma³o zrozumia³e, nale¿y pamiêtaæ, ¿e uczestnicz¹ one powszech- 36 W. WOJCIECHOWSKI, J. KÊSY, J. KOPCEWICZ nie w regulacji procesów morfogenezy. Udowodniono, ¿e zarówno auksyny, jak i cytokininy i gibereliny pe³ni¹ zasadnicz¹ rolê w funkcjonowaniu merystemu wierzcho³kowego pêdu [29]. St¹d te¿ ich udzia³ w przejciu wierzcho³ka wzrostu pêdu z rozwoju wegetatywnego do generatywnego jest oczywisty. Wszelkiego rodzaju aplikacje hormonów mog¹ wiêc modyfikowaæ kwitnienie poprzez ich zaanga¿owanie w ewokacji lub dyferencjacji kwiatu. Hormony rolinne mog¹ równie¿ uczestniczyæ w powstawaniu i transporcie bodca kwitnienia. Niejasna rola poszczególnych hormonów w indukcji kwitnienia wynika równie¿ z faktu, ¿e wchodz¹ one w liczne interakcje ze szlakami biosyntezy i szlakami sygna³owymi innych hormonów [27, 69]. Zarówno auksyny, jak i cytokininy silnie stymuluj¹ produkcjê etylenu [2, 70], natomiast etylen wp³ywa na transport auksyn [64]. Auksyna stymuluje równie¿ biosyntezê giberelin [59]. Dodatkowym elementem zale¿noci pomiêdzy ró¿nymi czynnikami reguluj¹cymi zakwitanie jest fakt silnego zwi¹zku metabolizmu cytokinin z metabolizmem cukrów [28]. Dowiadczenia fizjologiczne pokazuj¹ zaanga¿owanie w proces kwitnienia równie¿ innych regulatorów wzrostu rolin, takich jak: poliaminy, brasinosteroidy, kwas jasmonowy czy kwas salicylowy [24]. Takie substancje jak kwas jasmonowy czy kwas salicylowy prawdopodobnie uczestnicz¹ w indukcji kwitnienia wywo³ywanej ró¿nego rodzaju rodowiskowymi czynnikami stresowymi, jak np. atak patogena, susza, ekstremalne temperatury czy intensywne owietlenie. Nie jest wykluczone, ¿e wchodz¹ one w tych procesach w interakcje z etylenem i kwasem abscysynowym. Wa¿n¹ rolê w regulacji kwitnienia odgrywaj¹ równie¿ cukry. Regulacyjna rola tych cz¹steczek w procesach wzrostu i rozwoju zosta³a szeroko opisana w literaturze, tak¿e polskojêzycznej [33, 62]. Na znaczenie cukrów w indukcji kwitnienia wskazuj¹ zarówno wczeniejsze badania fizjologiczne, jak i ostatnie badania genetyczno-molekularne. U Arabidopsis dodatek sacharozy do po¿ywki wywo³uje czêciowe zniesienie efektu fenotypowego wywo³anego mutacj¹ genu CONSTANS [52, 58], a tak¿e stymuluje ekspresjê genu LFY w siewkach transgenicznych [14]. Roliny transgeniczne charakteryzuj¹ce siê podwy¿szonym poziomem sacharozy kwitn¹ wczeniej ni¿ odpowiednie roliny nietransformowane [45, 49]. Istotna rola cukrów i substancji azotowych w indukcji kwitnienia u Sinapis alba sta³a siê podstaw¹ troficznej teorii indukcji kwitnienia [10]. Jednak cukry, podobnie jak i poszczególne hormony rolinne nie s¹ uniwersalnymi induktorami kwitnienia. 4. BADANIA MOLEKULARNO-GENETYCZNE MECHANIZMÓW INDUKCJI KWITNIENIA Prowadzone przez wiele lat badania nad identyfikacj¹ biochemiczn¹ uniwersalnego induktora kwitnienia nie przynios³y spodziewanych wyników. Do prac opartych na szczepieniach oraz dowiadczeniach fizjologicznych wprowadzono dodatkowo analizy biochemiczne. Na pocz¹tku lat 70 ubieg³ego wieku zastosowano po raz pierwszy FLORIGEN LEGENDA CZY RZECZYWISTOÆ? 37 dodatkowo obserwacje mutantów u grochu. Pozwoli³y one odkryæ szereg mutacji wp³ywaj¹cych w sposób znacz¹cy na zakwitanie rolin tego gatunku. Potwierdzi³y one ponadto jeden z istotnych postulatów teorii Chailakhyana okrelaj¹cy miejsce powstawania florigenu. Geny ulegaj¹ce mutacji, kontroluj¹ce przejcie grochu do fazy rozwoju generatywnego funkcjonuj¹ w liciach [50]. Dopiero zastosowanie bardziej zaawansowanych technik biologii molekularnej pozwoli³o na dok³adniejsz¹ identyfikacjê, charakterystykê oraz poznanie funkcji genów zwi¹zanych z indukcj¹ kwitnienia. Du¿ym atutem prowadzonych wtedy prac by³o zastosowanie do badañ mechanizmu indukcji kwitnienia nowego gatunku Arabidopsis thaliana, który w krótkim czasie sta³ siê organizmem modelowym w szerokim zakresie prac nad fizjologi¹ i biologi¹ molekularn¹ rolin. Na pocz¹tku lat 90 zidentyfikowano szereg genów, które w wyniku dalszych analiz okaza³y siê byæ niezwykle istotne w regulacji mechanizmów indukcji kwitnienia. Opisano mutacje zarówno przyspieszaj¹ce, jak i opóniaj¹ce zakwitanie rzodkiewnika [25, 41, 55, 71, 73]. Dziêki dok³adnym analizom biochemicznym, a tak¿e badaniom prowadzonym na mutantach genów kwitnienia zidentyfikowano cztery zasadnicze szlaki indukcji kwitnienia: fotoperiodyczny, wernalizacyjny, autonomiczny i hormonalny (giberelinowy) [44]. Jak pokaza³y dalsze badania, poznane geny funkcjonowa³y na ró¿nych poziomach szlaków indukcji kwitnienia (ryc. 2). By³y wród nich zarówno geny zwi¹zane z zegarem biologicznym, geny bezporednio zaanga¿owane w zmiany to¿samoci merystematycznej komórek sto¿ka wzrostu, jak równie¿ geny determinuj¹ce rozwój kolejnych okó³ków kwiatowych. Du¿a iloæ zidentyfikowanych genów uczestnicz¹cych, w sposób bezporedni czy te¿ poredni, w mechanizmach indukcji kwitnienia uniemo¿liwia³a identyfikacjê jednego uniwersalnego induktora kwitnienia. Bardziej prawdopodobn¹ sta³a siê rozpowszechniona ju¿ wtedy wieloczynnikowa koncepcja indukcji kwitnienia [9]. Klasyczna teoria florigenu Chailakhyana zaczê³a przechodziæ do historii, jednak obecnoæ mobilnego sygna³u kwitnieniowego, przemieszczaj¹cego siê z lici do wierzcho³ka wzrostu, zosta³a potwierdzona w wyniku póniejszych badañ. 4.1. Elementy szlaku fotoperiodycznego Prowadzone przez wiele lat badania pozwoli³y na identyfikacjê oraz precyzyjne okrelenie mechanizmów funkcjonowania poszczególnych elementów szlaku fotoperiodycznego indukcji kwitnienia. Opisano kolejne etapy odbierania i przekazywania w komórkach licia bodców fotoperiodycznych. Wskazano na szczególn¹ rolê w tych przemianach fitochromów i kryptochromów oraz zaprezentowano sposób dzia³ania tych fotoreceptorów. Wykazano ponad wszelk¹ w¹tpliwoæ, ¿e funkcjonowanie fotoperiodycznej indukcji kwitnienia w znacznej mierze kontrolowane jest przez elementy zegara biologicznego. Zagadnienia te by³y ju¿ omawiane w literaturze polskojêzycznej [26, 79]. Przeprowadzone badania wykaza³y, ¿e wiod¹cym w kaskadzie przemian prowadz¹cych do zakwitania w szlaku fotoperiodycznym jest gen CONSTANS. W roku 1995 zidentyfikowano kodowane przez ten gen bia³ko j¹drowe zawieraj¹ce domenê palca cynkowego, bêd¹ce potencjalnym czynnikiem transkrypcyjnym [56]. Mutacja w obrêbie genu CO u Arabidopsis thaliana opónia kwitnienie, nadekspresja za przyspiesza. 38 W. WOJCIECHOWSKI, J. KÊSY, J. KOPCEWICZ RYCINA 2. Schemat wspó³dzia³ania szlaków indukcji kwitnienia u Arabidopsis thaliana. U podstaw funkcjonowania wszystkich szlaków indukcji kwitnienia le¿¹ modulacje aktywnoci szeregu genów, efektem których s¹ zmiany zachodz¹ce w ekspresji elementów kluczowych dla poszczególnych dróg prowadz¹cych do zakwitania, tzn. CO, FLC, MYB. Najistotniejsza z punktu widzenia tych oddzia³ywañ jest kontrola transkrypcji genów integratorowych FT, SOC1 i LFY przez wspomniane powy¿ej czynniki. Ka¿dy ze szlaków kontrolowany jest dziêki zmianom aktywnoci genów wra¿liwych na ró¿ne warunki rodowiskowe lub zmiany natury endogennej. Wród nich wyró¿niæ mo¿na geny zegara oko³odobowego, zaanga¿owane w szlak fotoperiodyczny czy geny o aktywnoci modulowanej nisk¹ temperatur¹. W szlaku autonomicznym i hormonalnym dzia³aj¹ jeszcze inne geny, przynajmniej czêciowo niezale¿nie od pozosta³ych. Sama kontrola indukcji kwitnienia regulowana mo¿e byæ zarówno na poziomie zmian aktywnoci transkrypcyjnej genów, jak równie¿ obróbki potranslacyjnej, a tak¿e wspó³dzia³ania ich produktów bia³kowych (przygotowano na podstawie [25, 39, 41, 44, 51, 55, 63, 71, 73] zmodyfikowany) O znaczeniu tego genu dla zjawiska indukcji kwitnienia wiadcz¹ te¿ elementy docelowe, regulowane aktywnoci¹ kodowanego przezeñ bia³ka. S¹ nimi geny integratorowe szlaków indukcji kwitnienia SOC1, FT oraz LFY (ryc. 2) [39, 51, 63]. Mechanizm dzia³ania produktu bia³kowego genu CONSTANS pozostaje wci¹¿ jednak nieznany. Pomimo wystêpowania tak charakterystycznej domeny i podobieñstwa do czynników transkrypcyjnych z rodziny GATA1, nie potwierdzono eksperymentalnie zdolnoci wi¹zania siê tego bia³ka do DNA. Konsekwencj¹ tego sta³o siê za³o¿enie, i¿ do swej aktywnoci CO wymaga innego czynnika transkrypcyjnego [32]. Aktywnoæ transkrypcyjna CO, a tak¿e stabilnoæ jego produktu bia³kowego znajduje siê pod sta³¹ kontrol¹ zegara oko³odobowego [68]. Z drugiej strony CO aktywuje ekspresjê genów determinuj¹cych wzorzec ró¿nicowania komórek merystemu wierzcho³kowego. Mo¿e byæ zatem swoistym ³¹cznikiem pomiêdzy wczesnymi elementami indukcji a kluczowymi FLORIGEN LEGENDA CZY RZECZYWISTOÆ? 39 czynnikami procesu inicjacji (ewokacji) tworzenia kwiatu. Kolejne prace wykaza³y, ¿e ekspresja genu CO zachodzi najefektywniej w komórkach licia, za aktywnoæ produktu bia³kowego identyfikowano niemal wy³¹cznie w wi¹zkach przewodz¹cych [4]. Zgodnie z koncepcj¹ florigenu uniwersalny induktor powstaje w liciach czy licieniach, a nastêpnie transportowany jest systemem wi¹zek przewodz¹cych do komórek wierzcho³ka. Na podstawie dowiadczeñ ze szczepieniami oraz kontrolowan¹ ekspresj¹ genu CO wysuniêto postulat, ¿e to w³anie CO mo¿e pretendowaæ do roli mitycznego florigenu [6]. Koncepcja ta zosta³a jednak zarzucona równie szybko, jak powsta³a. Powodem by³y dok³adne analizy funkcji genu FT w procesie indukcji kwitnienia. Nowy sposób mylenia o zmianach towarzysz¹cych indukcji kwitnienia pojawi³ siê w efekcie prac prowadzonych na kukurydzy, a dotycz¹cych aktywnoci genu ID1 [23]. Na podstawie analizy licznych mutantów wyselekcjonowano gen pozwalaj¹cy na prawid³owy rozwój wegetatywny rolinie, która nie zakwita. Kodowane przezeñ bia³ko zidentyfikowano jako czynnik transkrypcyjny z domen¹ palca cynowego. Badania aktywnoci transkrypcyjnej pokaza³y jednoznacznie, ¿e gen ten ulega ekspresji jedynie w niedojrza³ych liciach. Uzyskane wyniki sugeruj¹ udzia³ ID1 w kontroli aktywnoci transkrypcyjnej genów odpowiedzialnych bezporednio za przejcie kukurydzy z fazy wzrostu wegetatywnego w generatywny oraz wp³yw tego bia³ka na transport induktora kwitnienia systemem wi¹zek przewodz¹cych do komórek merystematycznych. Podobieñstwa strukturalne, lokalizacja aktywnoci, a tak¿e efekt wywierany na rolinê pozwoli³y na wysuniêcie postulatu, ¿e funkcjonalnym odpowiednikiem ID1 u rolin dwuliciennych jest CO [22]. Ze wzglêdu na zdecydowanie dok³adniejsz¹ znajomoæ elementów szlaków indukcji kwitnienia u Arabidopsis, kwesti¹ czasu wydawa³o siê zidentyfikowanie regulowanego przez CO czynnika determinuj¹cego zakwitanie. Podejrzenie niemal automatycznie pad³o na regulowane przez CO geny integratorowe szlaków indukcji kwitnienia SOC1, LFY oraz FT. Ostatnie prace pokazuj¹, ¿e najwa¿niejszym z nich jest ten ostatni. Pierwsze obserwacje mutanta ft poczynione zosta³y ju¿ na pocz¹tku lat 90 [40]. Sam gen wyizolowa³y niezale¿nie dwie grupy badawcze [36, 39]. Jak wykazano, FT budow¹ przypomina inhibitor kinaz typu RAF (RKIP), bia³ko wystêpuj¹ce u zwierz¹t, a tak¿e bia³ko wi¹¿¹ce fosfatyfyloetanoloaminê (PEBP). Badania aktywnoci transkrypcyjnej wykaza³y obecnoæ mRNA FT we wszystkich badanych organach, za sama rola tego bia³ka przez d³ugi czas by³a nieznana. Na podstawie analizy mutantów stwierdzono jedynie, ¿e wspó³dzia³a ono w kontrolowaniu czasu kwitnienia z innym genem integratorowym LFY [60]. Prze³om w postrzeganiu roli tego niewielkiego bia³ka (32 kDa) przynios³y póniejsze badania. Zlokalizowano precyzyjnie miejsce pierwotnej ekspresji genu FT. S¹ nim wi¹zki przewodz¹ce, a dok³adniej komórki floemu lici oraz wierzcho³ka. A wiêc miejsca, w których mo¿e dochodziæ do bezporedniej aktywacji genu FT przez bia³ko CO. Powsta³o w zwi¹zku z tym pytanie, czy FT jest mobilnym sygna³em kwitnienia. Badania wykaza³y, ¿e zlokalizowane w komórkach floemu bia³ko CO aktywuje ekspresjê genu FT. Powstaj¹ce na bazie tego transkryptu niewielkie bia³ko transportowane jest poprzez floem oraz systemem plazmodezm do komórek merystematycznych sto¿ka wzrostu (ryc. 3) [24]. 40 W. WOJCIECHOWSKI, J. KÊSY, J. KOPCEWICZ RYCINA 3. Schemat powstawania oraz transportu sygna³u w procesie fotoperiodycznej indukcji kwitnienia u Arabidopsis thaliana. Wzrost aktywnoci transkrypcyjnej genu CO w liciach pod wp³ywem indukcyjnego fotoperiodu powoduje wzmo¿on¹ ekspresjê genu FT. Transkrypt mRNA FT b¹d bia³ko FT, poprzez floem transportowane s¹ do komórek wierzcho³ka wzrostu. Tam bia³ko FT wspó³dzia³aj¹c z czynnikami transkrypcyjnymi, takimi jak FD i LFY, zwiêksza ekspresjê genów LFY oraz AP1 (przygotowano na podstawie [13 i 34] zmodyfikowany) Odmienny pogl¹d zaprezentowano na podstawie badañ z kontrolowan¹ lokaln¹ ekspresj¹ FT. Obserwacje prowadzono na rolinach transgenicznych, w których gen FT znajdowa³ siê pod kontrol¹ promotora bia³ek szoku cieplnego. Zaindukowanie ekspresji genu FT ju¿ w jednym liciu, pojedynczym bodcem termicznym by³o wystarczaj¹ce do zainicjowania kwitnienia. Stwierdzono ponadto wzrost aktywnoci transkrypcyjnej genu FT w wierzcho³ku wzrostu ju¿ 6 godzin po zadzia³aniu bodca skierowanego na liæ. Powy¿sze obserwacje w zestawieniu z danymi pochodz¹cymi z kontrolnych rolin zawieraj¹cych konstrukt z genem GUS wykaza³y, ¿e z lici do komórek sto¿ka wzrostu transportowany jest transkrypt genu FT (ryc. 3) [34]. Nale¿y jednak nadmieniæ, ¿e zaprezentowany model oddzia³ywañ dotyczy tylko wyników prac przeprowadzonych na Arabidopsis, rolinie dnia d³ugiego. Powstaje zatem pytanie, na ile sytuacja u Arabidopsis ma charakter uniwersalny. Istniej¹ pewne dane sugeruj¹ce, ¿e u rolin o ró¿nej wra¿liwoci fotoperiodycznej kontrola aktywnoci genów integratorowych odbiega od modelu opisanego u Arabidopsis. Pierwsz¹ wskazówk¹ w tym kierunku mog¹ byæ wyniki prac prowadzonych na ry¿u, rolinie dnia krótkiego, u której zidentyfikowano kilka genów kwitnienia homologicznych do wystêpuj¹cych u rzodkiewnika. Najwa¿niejszymi dla kontroli kwitnienia s¹ HD1 oraz HD3, bêd¹ce genami homologicznymi do CO i FT. Zale¿noci w ekspresji tych genów FLORIGEN LEGENDA CZY RZECZYWISTOÆ? 41 RYCINA 4. Porównanie kluczowych elementów szlaku kwitnienia u rolin o ró¿nej wra¿liwoci fotoperiodycznej. Wzrost iloci bia³ka CO oraz jego homologa HD1 zidentyfikowanego u ry¿u, wywo³uj¹ przeciwstawne efekty w kontroli FT oraz HD3a. Istnienia podobnych zale¿noci nie potwierdzono dotychczas u rolin neutralnych, jednak wydaje siê, ¿e mog¹ one mieæ, przynajmniej w zarysie, przebieg podobny do opisanych u pozosta³ych grup rolin (na podstawie [22] zmodyfikowany) wzrost lub spadek aktywnoci transkrypcyjnej genów s¹ jednak ca³kowicie przeciwstawne do obserwowanych u Arabidopsis (ryc. 4). Podwy¿szony poziom aktywnoci HD1 powoduje spadek aktywnoci HD3 [30]. Udowodnienie mo¿liwoci transportu bia³ka, wzglêdnie mRNA FT z lici do wierzcho³ka wzrostu jest powa¿nym argumentem dla tych, którzy chc¹ w nim widzieæ przemieszczaj¹cy siê sygna³ kwitnienia. Jeli sygna³em mobilnym mia³by byæ transkrypt otwarty, pozostaje pytanie, czy nie wymaga on dodatkowych czynników, np. bia³ek transportuj¹cych [13]. Nierozstrzygniêta pozostaje jeszcze jedna kwestia. Z prowadzonych dowiadczeñ wynika, ¿e gen FT podlega pozytywnej autoregulacji przez bia³ko FT. Czy taka pêtla pozytywnego sprzê¿enia zwrotnego ma miejsce tylko w komórkach licia? Czy wymagane jest ci¹g³e dostarczanie sygna³u indukcji, czy po przetransportowaniu do wierzcho³ka wzrostu FT ca³kowicie uniezale¿nia siê od sygna³ów p³yn¹cych z licia? Wyniki badañ pokazuj¹, ¿e w komórkach sto¿ka wzrostu tak¿e dochodzi do uaktywnienia podobnego mechanizmu autoregulacji. Sugeruje to, ¿e wystarczaj¹cym do zainicjowania kwitnienia powinno byæ ju¿ jednorazowe uaktywnienie genu FT oraz przetransportowanie tego sygna³u do wierzcho³kowych komórek merystematycznych. Docelowymi dla aktywnoci FT s¹ geny LFY i APETALA1. Jak wykazano eksperymentalnie w tym przypadku, FT skazany jest na wspó³dzia³anie z FD, czynnikiem transkrypcyjnym nale¿¹cym do rodziny bia³ek bZIP. Zainicjowanie ekspresji genu AP1 42 W. WOJCIECHOWSKI, J. KÊSY, J. KOPCEWICZ mo¿liwe jest tylko wtedy, gdy obydwa bia³ka obecne s¹ w komórkach sto¿ka wzrostu [1]. Konieczne jest spe³nienie jeszcze jednego warunku, którym jest wzrost aktywnoci transkrypcyjnej genu LFY, równie¿ zaanga¿owanego w kontrolê ekspresji AP1. Wynika z tego, ¿e do zainicjowania kwitnienia wymagane jest wspó³dzia³anie przynajmniej kilku czynników aktywnych. Jak widaæ, ostatnie dokonania zmieniaj¹ nasze pogl¹dy na proces powstawania, transportu oraz rodzaj induktora kwitnienia. Upraszczaj¹c ca³¹ sprawê mo¿na uwa¿aæ, ¿e u podstaw indukcji kwitnienia le¿y wspó³dzia³anie niewielkiej grupy genów charakteryzuj¹cych siê najwy¿sz¹ aktywnoci¹ w obrêbie komórek wi¹zek przewodz¹cych. Mobilny za sygna³ jest produktem jednego z tych genów czy to w formie transkryptu mRNA czy bia³ka. Trzeba jednak zachowaæ ostro¿noæ, bo gdyby mechanizm kwitnienia by³ tak prosty, to mo¿liwe by³oby ³atwe zahamowanie kwitnienia np. mutacj¹ genu FT. Takiej zale¿noci jednak nie sposób zaobserwowaæ nie tylko w przypadku tego genu. Nie uda³o siê dotychczas uzyskaæ u A. thaliana mutanta, który w ogóle nie zakwita. Powodem takiego stanu rzeczy jest mnogoæ szlaków indukcji kwitnienia, a tak¿e wieloæ odpowiadaj¹cych sobie funkcjonalnie czynników w tych szlakach moduluj¹cych proces indukcji kwitnienia. Ponadto, jak pokaza³y niedawne badania, FT jest tylko jednym z cz³onków rodziny czynników maj¹cych wp³yw na indukcjê kwitnienia. Nale¿¹ do niej m.in. takie geny, jak TSF, MFT czy TFL1. Pierwszy z nich równie¿ ulega ekspresji w komórkach floemu i funkcjonuje czêciowo w sposób podobny, równolegle do FT [75]. Wzrost aktywnoci transkrypcyjnej drugiego z tych genów tak¿e skutkuje przyspieszeniem zakwitania [76]. Przeciwstawne dzia³anie stwierdzono w przypadku genu TFL1, opóniaj¹cego kwitnienie. Antagonistyczne dzia³anie wzglêdem FT jest jeszcze bardziej zastanawiaj¹ce ze wzglêdu na sposób regulacji, jakiej gen ten podlega. Jak wykazano, zarówno FT, jak i TFL1 regulowane s¹ pozytywnie przez CO, jednak ich funkcjonowanie wydaje siê byæ niezale¿ne [36]. Ciekawy mechanizm kontroli indukcji kwitnienia funkcjonuje w szlaku wernalizacyjnym czy autonomicznym (ryc. 2). Kluczow¹ rolê odgrywa tu tak¿e gen FT lub czynniki mu pokrewne. Z wczeniejszych badañ wiadomo, ¿e kluczowym dla funkcjonowania obydwu szlaków jest produkt genu FLC. Jest on w tych szlakach nadrzêdnym inhibitorem kwitnienia. Efektem dzia³ania FLC jest zahamowanie transkrypcji, m.in. genu FT [46]. Pocz¹tkowe prace wskazywa³y na wierzcho³ek wzrostu jako g³ówne miejsce percepcji bodców temperaturowych. Potwierdza³a to tak¿e aktywnoæ transkrypcyjna genu FLC, którego najwiêksze iloci identyfikowano w wierzcho³ku wzrostu pêdu i korzenia [3]. Transkrypt tego genu wykrywany jest jednak tak¿e w liciach [31]. Gdzie wobec tego FLC hamuje aktywnoæ FT: w liciach czy w komórkach wierzcho³ka wzrostu? A mo¿e mamy do czynienia z dwoma niezale¿nymi mechanizmami, w których to szlak autonomiczny inaktywuje transkrypcjê FLC umo¿liwiaj¹c w liciach powstawanie FT. Podczas gdy wernalizacja na zasadzie podobnego mechanizmu wy³¹cza ten gen w obrêbie sto¿ka wzrostu odblokowuj¹c transkrypcjê genu FT. Jak widaæ, pytañ dotycz¹cych modelu powstawania mobilnego induktora kwitnienia jest wiele. Jak wiele mo¿e byæ samych induktorów, tego nie wiemy. Wydaje siê, ¿e FT jest jednym z g³ównych, ale nie jedynym. Postulowany w teorii florigenu mobilny sygna³ FLORIGEN LEGENDA CZY RZECZYWISTOÆ? 43 kwitnienia niew¹tpliwie jednak istnieje. W tym zakresie Chailakhyan nie myli³ siê. Myli³ siê tylko co do natury florigenu. 4.2. Regulatorowe RNA jako bodziec kwitnienia Niezwykle ciekawe by³o odkrycie kilka lat temu nowego, regulatorowego rodzaju RNA, charakteryzuj¹cego siê wysok¹ specyficznoci¹ dzia³ania oraz mo¿liwoci¹ rozprzestrzeniania siê w rolinie. Okrelono go mianem niskocz¹steczkowego RNA (sRNA). Dok³adniejsze badania pokaza³y, ¿e wród tego typu cz¹steczek wyró¿niæ mo¿emy dwie klasy, z których dla procesów rozwoju i ró¿nicowania rolin wa¿niejsze jest mikro RNA (miRNA). Prowadzone dotychczas prace pozwoli³y scharakteryzowaæ u Arabidopsis thaliana kilkaset genów koduj¹cych ró¿ne miRNA [7, 15, 48, 72]. Znajduj¹ siê wród nich tak¿e takie, które w sposób bezporedni lub poredni wp³ywaj¹ na procesy ró¿nicowania generatywnego zwi¹zane z funkcjonowaniem szlaków indukcji kwitnienia [5, 20]. Nadekspresja miR172 jednego z miRNA w siewkach Arabidopsis powoduje przyspieszenie kwitnienia i zaburzenie to¿samoci organów kwiatowych [53]. miR172 oddzia³uje z mRNA bia³ek czynników transkrypcyjnych z rodziny APETALA2, hamuj¹c ich translacjê. Chocia¿ lokalizacja miR172 w genetycznych szlakach kontroluj¹cych kwitnienie nie zosta³a jeszcze precyzyjnie okrelona, wydaje siê, ¿e funkcjonuje on powy¿ej genów SOC1 i FT [5]. W regulacjê kwitnienia zaanga¿owany jest równie¿ inny sRNA miR159. Jego nadekspresja w siewkach Arabidopsis powoduje obni¿enie poziomu transkryptu MYB33 i LFY. Wskutek tego nastêpuje opónienie kwitnienia rolin uprawianych w warunkach dnia d³ugiego. Bia³ko MYB33 jest pozytywnym czynnikiem w giberelinowej regulacji kwitnienia u Arabidopsis w warunkach dnia krótkiego. Wykazano równie¿, ¿e poziom miR159 jest pozytywnie regulowany przez same gibereliny, co wskazuje na z³o¿ony charakter udzia³u miR159 w regulacji kwitnienia. 5. PODSUMOWANIE Czy wobec przedstawionych powy¿ej faktów teoria Chailakhyana jest nadal aktualna, czy te¿ powinna znaleæ siê ju¿ tylko w pamiêci historycznej. Jednoznaczna odpowied na to pytanie jest trudna. W koncepcji Chailakhyana istniej¹ bowiem s³uszne i nies³uszne postulaty. Podstawowe za³o¿enie teorii Chailakhyana mówi, ¿e induktor kwitnienia powstaje w liciach lub licieniach. Z badañ nad mechanizmami dzia³ania szlaku fotoperiodycznego bezwzglêdnie wynika, ¿e zasadnicze dla indukcji zmiany maj¹ miejsce w³anie w tych organach. Co wiêcej, centrum tych przemian mieci siê w okolicach wi¹zek przewodz¹cych, miejsc, którymi sygna³ transportowany jest z lici do wierzcho³ka wzrostu. Stwierdzono, ¿e co najmniej jeden z elementów szlaków indukcji kwitnienia (FT) jest cz¹steczk¹ mobiln¹, transportowan¹ w formie transkryptu mRNA b¹d 44 W. WOJCIECHOWSKI, J. KÊSY, J. KOPCEWICZ peptydu, z komórek lici do wierzcho³ka wzrostu. Stanowi to niejako urzeczywistnienie wizji Chailakhyana o transporcie induktora kwitnienia, sama jednak natura tego induktora jest inna. Nie jest on drobnocz¹steczkowym hormonem, chocia¿ oczywiste jest, ¿e Chailakhyan nie móg³ 70 lat temu przewidzieæ istnienia mRNA, czy te¿ wyobraziæ sobie transportowanych w obrêbie ca³ego organizmu bia³ek czy peptydów. Zak³ada³ on przemieszczanie siê substancji drobnocz¹steczkowej. Takiego specyficznego i uniwersalnego dla wszystkich rolin florigenu nie ma. Funkcjonowanie uk³adów hormonalnych jest oczywicie niezwykle istotne dla tego procesu i z ca³¹ pewnoci¹ musz¹ one byæ uwzglêdniane w teorii opisuj¹cej ca³ociowo mechanizm indukcji kwitnienia, ale nie one s¹ mobilnymi sygna³ami kwitnienia. Najwiêcej w¹tpliwoci budzi za³o¿enie Chailakhyana dotycz¹ce uniwersalnoci induktora kwitnienia. Jak pokazuj¹ wyniki badañ prowadzonych na A. thaliana, a tak¿e na innych gatunkach rolin, czynników kontroluj¹cych zakwitanie jest wiele. Wiele jest te¿ dróg prowadz¹cych do wytworzenia kwiatów. Jak pokaza³y wyniki badañ kilku ostatnich lat prowadzonych g³ównie na Arabidopsis, szlaków kontroluj¹cych kwitnienie mo¿na wyodrêbniæ przynajmniej kilka. Wydaje siê, ¿e aktywnoæ zdecydowanej wiêkszoci z nich, jeli nie wszystkich, skupia siê na niewielkiej grupie genów integratorowych, których wzrost aktywnoci transkrypcyjnej jest warunkiem koniecznym inicjacji kwitnienia. Wród genów integratorowych szczególn¹ rolê odgrywa gen FT. Tak wiêc teoria Chailakhyana ma ju¿ znaczenie g³ównie historyczne. Uniwersalnego drobnocz¹steczkowego hormonu florigenu nie ma. Jednak¿e koncepcja florigenu przez 70 lat inspirowa³a do badañ mechanizmów kwitnienia, przez co wnios³a wielki wk³ad do postêpu wiedzy w tej dziedzinie. Poszukiwanie za mobilnych induktorów kwitnienia jest dalej aktualne. Wyjanienia wymaga tak¿e mechanizm przekazywania sygna³u kwitnienia poprzez szczepienia rolin. LITERATURA [1] ABE M, KOBAYASHI Y, YAMAMOTO S, DAIMON Y, YAMAGUCHI A, IKEDA Y, ICHINOKI H, NOTAGUCHI M, GOTO K, ARAKI T. FD, a bZIP protein mediating signals from the floral pathway integrator FT at the shoot apex. Science 2005; 309: 10521056. [2] ABEL S, NGUYEN MD, CHOW W, THEOLOGIS A. ACS4, a primary indoleacetic acid-responsive gene encoding 1-aminocyclopropane-1-carboxylate synthase in Arabidopsis thaliana. J Biol Chem 1995; 270: 1909319099. [3] AMASINO R. Vernalization, competence, and the epigenetic memory of Winter. Plant Cell 2004; 16: 25532559. [4] AN H, ROUSSOT C, SUAREZLOPEZ P, CORBESIER L, VINCENT C, PINEIRO M, HEPWORTH S, MOURADOV A, JUSTIN S, TURNBULL C, COUPLAND G. CONSTANS acts in the phloem to regulate a systemic signal that induces photoperiodic flowering of Arabidopsis. Development 2004; 131: 3615 3626. [5] AUKERMAN MJ, SAKAI H. Regulation of flowering time and floral organ identity by a microRNA and its APETALA2-like target genes. Plant Cell 2003; 15: 27302741. [6] AYRE BG, TURGEON R. Graft transmission of a floral stimulant derived from CONSTANS. Plant Physiol 2004; 135: 22712278. [7] BARTEL DP. MicroRNAs: genomics, biogenesis, mechanism, and function. Cell 2004; 116: 281297. FLORIGEN LEGENDA CZY RZECZYWISTOÆ? 45 [8] BERNIER G. The flowering process as an example of plastic development. W: Jennings DH, Trewavas AJ (eds.). Plasticity in plants. The Company of Biologists, Cambridge 1986: 257286. [9] BERNIER G. The control of floral evocation and morphogenesis. Annu Rev Plant Physiol Plant Mol Biol 1988; 39: 175219. [10] BERNIER G, HAVELANGE A, HOUSSA C, PETITJEAN A, LEJEUNE P. Physiological signals that induce flowering. Plant Cell 1993; 5: 11471155. [11] BERNIER G, KINET JM, SACHS RM. The physiology of flowering 1981; Vol. I, II, CRC Press, Boca Raton, Fl. [12] BLÁZQUEZ MA. Flower Development Pathways. J Cell Sci 2000; 113: 35473548. [13] BLÁZQUEZ MA. Plant science. The right time and place for making flowers. Science 2005; 309: 1024 1025. [14] BLÁZQUEZ MA, GREEN R, NILSSON O, SUSSMAN MR, WEIGEL D. Gibberellins promote flowering of Arabidopsis by activating the LEAFY promoter. Plant Cell 1998; 10: 791800. [15] BURG SP, BURG EA. The interaction between auxin and ethylene and its role in plant growth. Proc Natl Acad Sci USA 1966; 55: 262269. [16] CHAILAKHYAN MKH. On the hormonal theory of plant development. CR (Dokl) Aca Sci URSS 1936; 12: 443447. [17] CHAILAKHYAN MKH. Concerning the hormonal nature of plant development processes. CR (Dokl.) Acad Sci URSS 1937; 16: 227230. [18] CHAILAKHYAN MKH. Hormonale Faktoren des Pflazenblühens. Bio Zbl 1958; 77: 641662. [19] CHAILAKHYAN MKH, LOZHNIKOVA V, SEIDLOVA F, KREKULE J, DUDKO N, NEGRETZKY V. Floral and growth responses in Chenopodium rubrum L. to an extract from flowering Nicotiana tabacum L. Planta 1989; 178: 143146. [20] CHEN X. A microRNA as a translational repressor of APETALA2. Arabidopsis flower development. Science 2004; 303: 20222025. [21] CLELAND CF. The flowering enigma. Bioscience 1978; 28: 265269. [22] COLASANTI J. Decoding the floral stimulus: whats next? Flowering Newslett 2005; 40: 2426. [23] COLASANTI J, YUAN Z, SUNDARESAN V. The indeterminate gene encodes a zinc finger protein and regulates a leaf-generated signal required for the transition to flowering in maize. Cell 1998; 93: 593 603. [24] CORBESIER L, COUPLAND G. Photoperiodic flowering of Arabidopsis: Integrating genetic and physiological approaches to characterization of the floral stimulus. Plant Cell Environ 2005; 28: 5466. [25] COUPLAND G. Genetic and environmental control of flowering time in Arabidopsis. Trends Genet 1995; 11: 393397. [26] FRANKOWSKI K, KÊSY J, KOPCEWICZ J. Fitochrom i transdukcja sygna³u wietlnego. Post Biochem 2001; 47: 184191. [27] GAZZARRINI S, MCCOURT P. Cross-talk in plant hormone signalling: what Arabidopsis mutants are telling us. Ann Bot 2003; 91: 605612. [28] HAVELANGE A, LEJEUNE P, BERNIER G. Sucrose/cytokinin interaction in Sinapis alba at floral induction: a shoot-to-root-to-shoot physiological loop. Physiol Plant 2000; 109: 343350. [29] HAY A, CRAFT J, TSIANTIS M. Plant hormones and homeoboxes: bridging the gap? BioEssays 2004; 26: 395404. [30] HAYAMA R, YOKOI S, TAMAKI S, YANO M, SHIMAMOTO K. Adaptation of photoperiodic control pathways produces short-day flowering in rice. Nature 2003; 422: 719722. [31] HE Y, MICHAELS SD, AMASINO RM. Regulation of flowering time by histone acetylation in Arabidopsis. Science 2003; 302: 17511754. [32] HEPWORTH SR, VALVERDE F, RAVENSCROFT D, MOURADOV A, COUPLAND G. Antagonistic regulation of flowering-time gene SOC1 by CONSTANS and FLC via separate promoter motifs. EMBO J 2002; 21: 43274337. [33] HETMAN A, KOWALCZYK S. Mono- i disacharydy dro¿d¿owymi, rolinnymi i zwierzêcymi cz¹steczkami sygna³owymi reguluj¹cymi ekspresjê genów. Post Biol Kom 2003; 30: 87113. [34] HUANG T, BOHLENIUS H, ERIKSSON S, PARCY F, NILSSON O. The mRNA of the Arabidopsis gene FT moves from leaf to shoot apex and induces flowering. Science 2005; 309: 16941696. [35] JACOBSEN SE, OLSZEWSKI NE. Mutations at the SPINDLY locus of Arabidopsis alter gibberellin signal transduction. Plant Cell 1993; 5: 887896. 46 W. WOJCIECHOWSKI, J. KÊSY, J. KOPCEWICZ [36] KARDAILSKY I, SHUKLA VK, AHN JH, DAGENAIS N, CHRISTENSEN SK, NGUYEN JT, CHORY J, HARRISON MJ, WEIGEL D. Activation tagging of the floral inducer FT. Science 1999; 286: 1962 1965. [37] KING RW, EVANS LT. Gibberellins and flowering of grasses and cereals: Prizing open the lid of the florigen black box. Annu Rev Plant Biol 2003; 54: 307328. [38] KING RW, MORITZ T, EVANS LT, JUNTTILA O, HERLT AJ. Long-day induction of flowering in Lolium temulentum involves sequential increases in specific gibberellins at the shoot apex. Plant Physiol 2001; 127: 624632. [39] KOBAYASHI Y, KAYA H, GOTO K, IWABUCHI M, ARAKI T. A pair of related genes with antagonistic roles in mediating flowering signals. Science 1999; 286: 19601962. [40] KOORNNEEF M, HANHART CJ, VAN DER VEEN JH. A genetic and physiological analysis of late flowering mutants in Arabidopsis thaliana. Mol Gen Genet 1991; 229: 5766. [41] KOORNNEEF M, PETERS AJM. Floral transition mutants in Arabidopsis. Plant Cell Environ 1997; 20: 779784. [42] KOPCEWICZ J, KULIKOWSKA-GULEWSKA H, CYMERSKI M. Fotoperiodyczna indukcja kwitnienia rolin. Wiad Bot 1993; 37: 7385. [43] LANG A. Physiology of flower initiation. W: Ruhland W. (ed.) Encyclopedia of Plant Physiology, Springer-Verlag, Berlin 1965; 15: 13801536. [44] MARTINEZ-ZAPATER JM, COUPLAND G, DEAN C, KOORNNEEF M. The transition to flowering in Arabidopsis. Cold Spring Harbor Laboratory Press, wyd. Cold Spring Harbor, NY 1994; pod red. Mayerowitz EM, Somerville CR: 403433. [45] MICALLEF BJ, HASKINS KA, VANDERVEER PJ, ROH KS, SHEWMAKER CK, SHARKEY TD. Altered photosynthesis, flowering, and fruiting in transgenic tomato plants that have an increased capacity for sucrose synthesis. Planta 1995; 196: 327334. [46] MICHAELS SD, AMASINO RM. FLOWERING LOCUS C encodes a novel MADS domain protein that acts as a repressor of flowering. Plant Cell 1999, 11: 949956. [47] MICHNIEWICZ M, LANG A. Effect of nine different gibberellins on stem elongation and flower formation in cold-requiring and photoperiodic plants grown under non-inductive conditions. Planta 1962; 58: 549563. [48] MLOTSHWA S, VOINNET O, METTE MF, MATZKE M, VAUCHERET H, DING SW, PRUSS G, VANCE VB. RNA silencing and the mobile silencing signal. Plant Cell 2002; 14: 289301. [49] MÜLLERRÖBER B, SONNEWALD U, WILLMITZER L. Inhibition of the ADP-glucose pyrophosphorylase in transgenic potatoes leads to sugar-storing tubers and influences tuber formation and expression of tuber storage protein genes. EMBO J 1992; 11: 12291238. [50] MURFET IC. Flowering in Pisum: three distinct phenotypic classes determined by the interaction of a dominant early and a dominant late gene. Heredity 1971; 26: 243257. [51] NILSSON O, LEE I, BLAZQUEZ MA, WEIGEL D. Flowering-time genes modulate the response to LEAFY activity. Genetics 1998; 150: 403410. [52] OHTO M, ONAI K, FURUKAWA Y, AOKI E, ARAKI T, NAKAMURA K. Effects of sugar on vegetative development and floral transition in Arabidopsis. Plant Physiol 2001; 127: 252261. [53] PARK W, LI J, SONG R, MESSING J, CHEN X. CARPEL FACTORY, a Dicer homolog, and HEIN1, a novel protein, act in microRNA metabolism in Arabidopsis thaliana. Curr Biol 2002; 12: 14841495. [54] PHARIS RP, KING RW. Gibberellins and reproductive development in seed plants. Ann Rev Plant Physiol 1985; 36: 517568. [55] PINEIRO M, COUPLAND G. The control of flowering time and floral identity in Arabidopsis. Plant Physiol 1998; 117: 18. [56] PUTTERILL J, ROBSON F, LEE K, SIMON R, COUPLAND G. The CONSTANS gene of Arabidopsis promotes flowering and encodes a protein showing similarities to zinc finger transcription factors. Cell 1995; 80: 847857. [57] RAZEM FA, EL-KEREAMY A, ABRAMS SR, HILL RD. The RNA-binding protein FCA is an abscisic acid receptor. Nature 2006; 439: 290294. [58] ROLDÁN M, GÓMEZ-MENA C, RUIZ-GARCÍA L, SALINAS J, MARTÍNEZ-ZAPATER JM. Sucrose availability on the aerial part of the plant promotes morphogenesis and flowering of Arabidopsis in the dark. Plant J 1999; 20: 581590. [59] ROSS JJ, ONEILL DP, SMITH JJ, KERCKHOFFS LHJ, ELLIOTT RC. Evidence that auxin promotes gibberellin A1 biosynthesis in pea. Plant J 2000; 21: 547552. FLORIGEN LEGENDA CZY RZECZYWISTOÆ? 47 [60] RUIZGARCIA L, MADUENO F, WILKINSON M, HAUGHN G, SALINAS J, MARTINEZZAPATER JM. Different roles of flowering-time genes in the activation of floral initiation genes in Arabidopsis. Plant Cell 1997; 9: 19211934. [61] SACHS RM, HACKETT WP. Chemical control of flowering. Acta Hort 1977; 68: 2949. [62] SCHROEDER JI, KUHN JM. Abscisic acid in bloom. Nature 2006; 439: 277278. [63] SHEEN J, ZHOU L, JANG J-C. Sugars as signaling molecules. Curr Opin Plant Biol 1999; 2: 410418. [64] SUAREZLOPEZ P, WHEATLEY K, ROBSON F, ONOUCHI H, VALVERDE F, COUPLAND G. CONSTANS mediates between the circadian clock and the control of flowering in Arabidopsis. Nature 2001; 410: 11161120. [65] SUTTLE JC. Effect of ethylene treatment on polar IAA transport, netIAA uptake and specific binding of N-1-naphthylphthalamic acid in tissues and microsomes isolated from etiolated pea epicotyls. Plant Physiol 1988; 88: 795799. [66] TAKENO K. Is florigen concept still alive? Flowering Newslett 1999; 28: 5458. [67] TRETYN A, KOPCEWICZ J. Mechanizmy kwitnienia rolin. I. Uwarunkowania fizjologiczno-rodowiskowe. Post Biol Kom 1999; 26: 231248. [68] TRETYN A, KOPCEWICZ J. Mechanizmy kwitnienia rolin. II. Genetyczna i molekularna kontrola indukcji kwitnienia. Post Biol Kom 1999; 26: 249266. [69] VALVERDE F, MOURADOV A, SOPPE W, RAVENSCROFT D, SAMACH A, COUPLAND G. Photoreceptor regulation of CONSTANS protein in photoperiodic flowering. Science 2004; 303: 10031006. [70] VANDENBUSSCHE F, VAN DER STRAETEN D. Shaping the shoot: a circuitry that integrates multiple signals. Trends Plant Sci 2004; 9: 499506. [71] VOGEL JP, SCHUERMAN P, WOESTE K, BRANDSTATTER I, KIEBER JJ. Isolation and characterization of Arabidopsis mutants defective in the induction of ethylene biosynthesis by cytokinin. Genetics 1998; 149: 417427. [72] von ARNIM AG, OSTERLUND MT, KWOK SF, DENG XW. Genetic and developmental control of nuclear accumulation of COP1, a repressor of photomorphogenesis in Arabidopsis. Plant Physiol 1997; 114: 779788. [73] WAGNER E, NORMANN J, ALBRECHTOVA JTP, WALCZYSKO P, BONZON M, GREPPIN H. Electrochemical-hydraulic signalling in photoperiodic control of flowering: Is florigen a frequency coded electric signal? Flowering Newslett 1998; 26: 6274. [74] WEIGEL D. The genetics of flower development: from floral induction to ovule morphogenesis. Annu Rev Genet 1995; 29: 1939. [75] WILSON RN, HECKMAN JW, SOMERVILLE CR. Gibberellin is required for flowering in Arabidopsis thaliana under short days. Plant Physiol 1992; 100: 403408. [76] YAMAGUCHI A, KOBAYASHI Y, GOTO K, ABE M, ARAKI T. TWIN SISTER OF FT (TSF) acts as a floral pathway integrator redundantly with FT. Plant Cell Physiol 2005; 46: 11751189. [77] YOO SY, KARDAILSKY I, LEE JS, WEIGEL D, AHN JH. Acceleration of flowering by overexpression of MFT (MOTHER OF FT AND TFL1). Mol Cells 2004; 17: 95101. [78] ZEEVAART JAD. Flower formation as studied by grafting. Mededel Landbouwhogesch Wageningen 1958; 53: 188. [79] ZEEVAART JAD. Physiology of flower formation. Anu Rev Plant Physiol 1976; 27: 321348. [80] ZIENKIEWICZ A, TRETYN A, KOPCEWICZ J. Molekularne i fizjologiczne podstawy funkcjonowania rolinnego zegara oko³odobowego. Post Biol Kom 2004; 31: 607623. Redaktor prowadz¹cy Maria Olszewska Otrzymano:30.08. 2006 r. Przyjêto: 14.11. 2006 r. ul. Gagarina 41/210, 87-100 Toruñ, [email protected]
