I biologi delle piante hanno scoperto come i girasoli usano il loro orologio circadiano interno, agendo sugli ormoni della crescita, per seguire il sole durante il giorno man mano che crescono.

"È il primo esempio di orologio di una pianta che modula la crescita in un ambiente naturale e che ha ripercussioni reali sulla pianta", afferma Stacey Harmer, professore di biologia vegetale presso l'Università della California, Davis, e autore senior di un articolo sul giornale Scienze.

Harmer è un biologo molecolare che studia gli orologi circadiani, di solito in laboratorio Arabidopsis, che è nettamente più piccolo di un girasole. In precedenza, il laboratorio di Harmer aveva scoperto collegamenti tra i geni "orologio" e l'auxina ormone vegetale, che regola la crescita. Ma i ricercatori avevano bisogno di un esempio su cui lavorare e l'hanno trovato nel girasole.

Di fronte alla strada sbagliata

I girasoli crescenti iniziano la giornata con le loro teste rivolte a est, volte a ovest verso ovest e tornano a est di notte.

"La pianta anticipa i tempi e la direzione dell'alba, e per me sembra un motivo per avere una connessione tra l'orologio e il percorso di crescita", afferma Harmer. Scienziati nel lontano 1898 avevano descritto questo comportamento dei girasoli ma nessuno aveva mai pensato di associarlo a ritmi circadiani.

Hagop Atamian, un ricercatore postdottorato nel laboratorio di Harmer, in collaborazione con il laboratorio del collaboratore Benjamin Blackman presso l'Università della Virginia (ora UC Berkeley), ha condotto una serie di esperimenti con girasoli sul campo, in vasi all'aperto e in camere di crescita al coperto .

Picchettando le piante in modo che non possano muoversi o girando le piante in vaso quotidianamente in modo che si trovino nella direzione sbagliata, Atamian ha dimostrato che potrebbe interrompere la loro capacità di localizzare il sole. Seguendo il sole fornisce un impulso di crescita alle piante. I ricercatori hanno scoperto che i girasoli puntati in modo che non possano muoversi hanno una minore biomassa e meno aree fogliari rispetto a quelli che lo fanno.

Quando le piante sono state spostate in una camera di crescita interna con una luce fissa immobile, hanno continuato a oscillare avanti e indietro per alcuni giorni. Questo è il tipo di comportamento che ci si aspetta da un meccanismo guidato da un orologio interno, afferma Harmer.

Infine, le piante d'appartamento ricominciarono a tracciare "il sole" quando la sorgente apparente di illuminazione fu spostata attraverso la camera di accrescimento accendendo e spegnendo le luci adiacenti durante il giorno. Le piante potevano tracciare in modo affidabile il movimento e tornare di notte quando il giorno artificiale era vicino a un ciclo 24-ore, ma non quando era più vicino alle ore 30.

Est e Ovest

Quindi, come fanno le piante a spostare i loro steli durante il giorno? Atamian mise i punti di inchiostro sugli steli e li filmò con una videocamera. In un video time-lapse, poteva misurare la distanza variabile tra i punti.

Quando le piante seguivano il sole, il lato est dello stelo cresceva più rapidamente del lato ovest, trovò. Di notte, il lato ovest diventava più veloce mentre il gambo si spostava dall'altra parte. Il team ha identificato un numero di geni che sono stati espressi a livelli più alti sul lato del sole della pianta durante il giorno, o sull'altro lato durante la notte.

Harmer dice che sembrano esserci due meccanismi di crescita al lavoro nello stelo del girasole. Il primo imposta un tasso base di crescita per la pianta, in base alla luce disponibile. Il secondo, controllato dall'orologio circadiano e influenzato dalla direzione della luce, fa sì che lo stelo cresca più da una parte che dall'altra, e quindi oscilla da est a ovest durante il giorno.

Quando il girasole matura e il fiore si apre, la crescita generale rallenta e le piante smettono di muoversi durante il giorno e si depositano verso est. Questo sembra essere dovuto al rallentamento della crescita generale, l'orologio circadiano assicura che la pianta reagisca più forte alla luce nelle prime ore del mattino rispetto al pomeriggio o alla sera, quindi gradualmente si ferma spostandosi verso ovest durante il giorno.

'Api come fiori caldi'

Perché i girasoli maturi sono rivolti ad est, comunque? I ricercatori hanno coltivato girasoli in vaso sul campo e hanno ruotato alcuni di essi verso ovest. Misurando i fiori con una termocamera ad infrarossi, hanno scoperto che i girasoli orientati a est si sono riscaldati più rapidamente al mattino e hanno anche attirato cinque volte più insetti impollinatori. Riscaldare i fiori rivolti ad ovest con un riscaldatore portatile ha riportato più impollinatori ai fiori.

"Api piacciono i fiori caldi", dice Harmer.

"Proprio come le persone, le piante si affidano ai ritmi quotidiani del giorno e della notte per funzionare", afferma la regista del programma, Anne Sylvester. "I girasoli, come i pannelli solari, seguono il sole da est a ovest. Questi ricercatori attingono alle informazioni nel genoma del girasole per capire come e perché i girasoli tracciano il sole. "

Ulteriori coautori del documento sono Nicky Creux alla UC Davis, Evan Brown e Austin Garner all'Università della Virginia. Il programma di ricerca sul genoma vegetale della National Science Foundation ha supportato il lavoro.

Fonte: UC Davis

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