向日葵以全天跟踪太阳的能力而闻名但它是如何“看到”太阳

并跟随它的呢？



加州大学戴维斯分校的植物生物学家于10月31日发表在《公共科学图书馆·生物学》杂志上的新研究表明，它们使用了一种与之前认为的不同的新颖机制。

“这完全是一个惊喜，”加州大学戴维斯分校植物生物学教授、该论文资深作者Stacey Harmer说。

当太阳穿过天空时，向日葵会转过脸来跟随太阳，然后在晚上重新定位，第二天早上面向东方。这是通过不同的生长模式发生的，茎的东侧在白天生长得更多，茎的西侧在晚上生长得更多。这一过程被称为向日性，通常被认为是向光性的一种特殊形式。

向光性——向光源生长的能力，是植物最具特征的生长反应之一。植物科学家曾假设，向日葵的向日性是基于相同的基本机制，即由一种名为趋光素的分子控制，并对光谱的蓝色末端的光做出反应。然而，向日性的潜在机制尚不清楚。

为了更好地理解向日性，研究人员比较了在实验室受控环境下生长的向日葵和在室外田间阳光下生长的向日葵的基因表达模式。


图1 向日葵茎的向光性和自动矫直响应

在室内，向日葵直接迎着光生长，激活了与促光素相关的基因。但是在户外生长的向日葵，在阳光下摇摆着头，表现出完全不同的基因表达模式。茎的一侧与另一侧的趋光性蛋白无明显差异。

图2 太阳跟踪向日葵茎的转录组分析

然而，一些在向光性过程中快速诱导的基因，以及与叶面遮荫生长反应有关的基因，在向光性开始时在茎的西侧快速诱导，这表明红光光感受器可能在太阳跟踪中起作用。

图3 向光性和向日性期间基因表达的不同模式为了测试不同的光感受器信号通路在向日性中的作用，研究人员调节了植物启动太阳跟踪的光环境。结果发现，用遮光盒遮挡蓝光、紫外光、红光或远红光都对向日性反应没有影响，不会阻碍田间向日葵向日性的发生或维持。


图4 向日性的启动显示出独特的转录特征，且发生在不同的光照条件下

综上所述，研究结果表明，趋光性的转录调控与趋光素介导的趋光性不同。向日性的发生和维持都对光质量的变化具有抵抗力，并表明多种光信号通路参与了太阳跟踪的调控。

“我们似乎已经排除了促光素途径的可能性，但还没有找到明确的确凿证据。”Harmer说，接下来的研究将着眼于植物中的蛋白质调控。数据图及参考来源：

https://journals.plos.org/plosbiology/article?id=10.1371/journal.pbio.3002344