Eine interne zirkadiane Uhr steuert die charakteristischen konzentrischen Blütenringe von Sonnenblumen und maximiert so die Besuche von Bestäubern, wie eine neue Studie von Pflanzenbiologen der University of California, Davis, zeigt. Die Arbeit wird am 13. Januar in veröffentlicht eLife.
Ein Sonnenblumenkopf besteht aus Hunderten von winzigen Blüten. Aufgrund der Art und Weise, wie Sonnenblumen wachsen, befinden sich die jüngsten Blüten in der Mitte des Blütengesichts und die reifsten an den Rändern, wodurch ein charakteristisches Spiralmuster von der Mitte zum Rand entsteht.
Eine einzelne Blüte blüht über ein paar Tage: Am ersten Tag öffnet sie den männlichen Teil der Blüte und präsentiert Pollen; Am zweiten Tag entfaltet sich die weibliche Narbe, um Pollen aufzunehmen. Irgendwie koordinieren sich Blüten so, dass sie sich in konzentrischen Ringen öffnen, beginnend am Rand und sich an aufeinanderfolgenden Tagen nach innen bewegen, wobei ein Ring weiblicher Blüten immer außerhalb der Pollen tragenden männlichen Blüten im früheren Stadium liegt.
Bestäubende Bienen neigen dazu, auf den Strahlenblättern um einen Sonnenblumenkopf herum zu landen und in Richtung Zentrum zu laufen, sagte die leitende Autorin Stacey Harmer, Professorin für Pflanzenbiologie am UC Davis College of Biological Sciences. Das bedeutet, dass sie Pollen aufnehmen, nachdem sie über die weiblichen Blüten gegangen sind, und ihn dann zu einem anderen Blütenkopf tragen.
Harmer und die Postdoktorandin Carine Marshall wollten verstehen, wie sich das spiralförmige Muster von Blüten in konzentrische Blütenringe verwandelt. Harmers Labor hatte zuvor festgestellt, dass circadiane Rhythmen steuern, wie wachsende Sonnenblumen tagsüber der Sonne folgen.
Die innere zirkadiane Uhr einer Pflanze oder eines Tieres läuft in einem Zyklus von etwa 24 Stunden, wodurch verschiedene Gene zu unterschiedlichen Tageszeiten aktiviert werden können. Natürliche Tag-/Nachtzyklen halten diese innere Uhr mit der tatsächlichen Tageszeit synchronisiert. Das Ändern der Länge des Tageslichts oder der Dunkelheit kann die Uhr zurücksetzen. Bei Sonnenblumen bringt kontinuierliches Licht die Uhr vollständig durcheinander.
Kredit: eLife (2023). DOI: 10.7554/eLife.80984
Video im Zeitraffer
Die Forscher nahmen Zeitraffervideos von Sonnenblumen auf, die bei unterschiedlichen Licht-/Dunkel- oder Temperaturbedingungen angebaut wurden. Sie fanden heraus, dass die circadiane Uhr der Pflanze das Öffnen der Blüten steuert. Wenn die Uhr durch wachsende Pflanzen bei kontinuierlichem Licht gestört wurde, öffneten sich die Blüten nicht in konzentrischen Ringen, sondern nur nach Alter, beginnend am Rand und bewegten sich in einem kontinuierlichen Gradienten zur Mitte.
Wenn Pflanzen, die mit einer gestörten Uhr angebaut wurden, nach draußen gebracht wurden, zogen sie weniger Bestäuber an als normale Sonnenblumen.
„Wir denken, dass diese Art der Koordination sie zu einem besseren Ziel für Bienen macht“, sagte Harmer. „Es ist eine Strategie, so viele Insekten wie möglich anzulocken.“
Da sich die Landwirte an ein sich änderndes Klima anpassen, wird es immer wichtiger, die Bestäubung bei Pflanzen, die dies benötigen, so effizient wie möglich zu gestalten, sagte Harmer. Das Verständnis, wie die zirkadiane Uhr und die Umwelt die Blüte beeinflussen, wird den Züchtern helfen, Sorten zu entwickeln, die zu den optimalen Tageszeiten blühen, um die Bestäubung trotz des Klimawandels und abnehmender Insektenpopulationen zu fördern, sagte sie.
Mehr Informationen:
Carine M Marshall et al, Die circadiane Uhr steuert zeitliche und räumliche Muster der Blütenentwicklung bei Sonnenblumen, eLife (2023). DOI: 10.7554/eLife.80984