As we push the limits of agricultur

As we push the limits of agriculture to feed more people in a warmer world, we do not understand how plants sense temperature.

In a surprising turn of events scientists at the University of Buenos Aires in Argentina and Washington University in St. Louis have just learned that plant light sensors also respond to temperature.

Plants contain specialized light-sensitive proteins that change shape when they absorb light, much as do the photopigments in the human eye. All plants have three main red-light photoreceptors, called phytochrome A, B and C.

As part of an effort to create plants that can tolerate different growth conditions, Richard Vierstra the George and Charmaine Mallinckrodt Professor in Arts & Sciences at Washington University in St. Louis has been developing a library of phytochrome B mutants, including ones that are much more or less sensitive to light than the wild type plant.

To better understand their mutant plants, the Vierstra lab shared them with Jorge J. Casal lab in Argentina where doctoral student Martina Legris grew them under a wide variety of carefully controlled conditions.

"We got 'weird' results that couldn't be explained unless the phytochrome we were working with was sensitive to temperature as well as light," Vierstra said.

As the temperature rose, some plants exposed to constant sunlight generate less of the biologically active form of phytochrome B -- not more, as you'd expect.

At summer temperatures, these plants behave as though they're in dim light even though they're in bright sun.

The findings will be published in the Oct. 27 issue of Science, together with a companion paper also on plant temperature sensors by a lab at the University of Cambridge in England.

A switch with the jitters

Vierstra explains that phytochrome proteins work by switching between two forms, called Pr and Pfr.

The Pr form is best at absorbing red light, which is plentiful in full sun. When it absorbs red light, phytochrome converts to the Pfr state, which is better at absorbing far-red light that dominates in shade. When the Pfr absorbs far-red light, it switches back to the Pr form.

This clever little system is able to detect many different qualities of light, including the light intensity (encoded in the speed at which the molecule bounces from one form to another), and the color of the light (encoded by the ratio of the Pfr form to the Pr form). Intensity tells a seed when to emerge from the soil and color tells the seeding when to grow tall to avoid shade.

"The beauty of this is you can purify the phytochromes, put them in a test tube and watch them switch forms simply by shining red or far-red light on the solutions," Vierstra said. "So they're not figments of our imagination."

An hour glass that runs too fast

But this description leaves out one conversion. Pfr can convert to Pr by absorbing far-red light but also by a process called thermal reversion, which occurs without light.

People thought thermal reversion worked like an hour glass, Vierstra said. As soon as the sun set, the hour glass started running, and Pfr started trickling back to the Pr form. The amount of Pfr at the end of the night then told the plant how long the night was.

This is important because the length of night varies with the season, especially away from the Equator. So changes in day (and night) length helps plants to tell where they are in the seasonal cycle, which in turn helps them to flower in the right season.

Nobody had been able to test the idea that thermal reversion was an hourglass, or timer, however. But as they were tinkering with phytochrome B, the Vierstra lab made phytochrome mutants that were fast reverters and ones that were slow reverters. And these mutants were among those that traveled to Argentina.

When they grew the plants, the Casals lab got strange results they could understand only if thermal reversion is much faster than anyone realized; and only if the rate of reversion is very sensitive to temperature. In other words, the only possible interpretationwas that phytochrome B in the wild type (unmodified) plant is a temperature as well as light sensor.

"The plant is looking for Pfr, which tells it the light is on," said Vierstra. "In sunlight a plant slowly makes more and more Pfr until the reaction that converts Pr to Pfr saturates. But as the temperature rises, the thermal reversion starts running so fast, the plants accumulate relatively little Pfr.

"You would expect that at higher temperatures the Pr -> Pfr reaction would go faster," Vierstra said, "and it probably does, but thermal reversion goes even faster. It erases the light signal because the reversion reaction is more sensitive to temperature than the one creating the light signal.

"You can predict what this will do as temperature rises," Vierstra said. "Plants that make lots of Pfr are short, intensely green and happy. But thermal reversion will draw down the Pfr at hig

ผลลัพธ์ (ไทย) 1:

ตามที่เราขีดจำกัดของเกษตรเพื่อเลี้ยงคนในโลกอบอุ่น เราไม่เข้าใจวิธีพืชสัมผัสอุณหภูมิในการเปิดเหตุการณ์น่าแปลกใจ นักวิทยาศาสตร์ที่มหาวิทยาลัยของบัวโนสไอเรสในประเทศอาร์เจนตินาและมหาวิทยาลัยวอชิงตันในเซนต์หลุยส์เพิ่งรู้มาว่า เซนเซอร์แสงพืชยังตอบสนองต่ออุณหภูมิพืชประกอบด้วยโปรตีนไวแสงเฉพาะที่เปลี่ยนรูปร่างเมื่อพวกเขาดูดซับแสง มากที่สุดเท่าทำ photopigments ในสายตามนุษย์ พืชทั้งหมดมีสามหลักแสงสีแดงรับแสง เรียกว่า phytochrome A, B และ cเป็นส่วนหนึ่งของความพยายามในการสร้างพืชที่สามารถทนต่อสภาวะการเจริญเติบโตแตกต่างกัน ริชาร์ด Vierstra George และศาสตราจารย์ Mallinckrodt Charmaine ในศิลปะและวิทยาศาสตร์ที่มหาวิทยาลัยวอชิงตันในเซนต์หลุยส์ได้พัฒนาไลบรารีของ phytochrome B สายพันธุ์ รวมทั้งคนที่มีความไวต่อแสงมากกว่าพืชชนิดป่ามากน้อยเพื่อให้ เข้าใจตนพืชกลายพันธุ์ ห้องปฏิบัติการ Vierstra ร่วมพวกเขากับ Jorge J. คู่แล็บในอาร์เจนตินาที่นักศึกษาปริญญาเอก Legris มาร์ติเติบโตพวกเขาภายใต้ความหลากหลายของเงื่อนไขการควบคุมอย่างระมัดระวัง"เราได้ผลลัพธ์ 'แปลก' ที่ไม่สามารถอธิบายได้ยกเว้นว่า phytochrome เราทำงานมีความไวต่ออุณหภูมิตลอดจนแสง Vierstra กล่าวว่าตามอุณหภูมิเพิ่มขึ้น บางพืชที่สัมผัสกับแสงแดดคงสร้างน้อยแบบชีวภาพของ phytochrome B - ไม่มากขึ้น คุณจะคาดหวังที่อุณหภูมิในฤดูร้อน พืชเหล่านี้ทำราวกับว่าพวกเขากำลังในแสงสลัวแม้ว่าพวกเขากำลังในดวงอาทิตย์ผลการวิจัยจะถูกเผยแพร่ในปัญหา 27 ต.ค.วิทยาศาสตร์ ร่วมกับกระดาษสหายบนเซ็นเซอร์อุณหภูมิพืชโดย lab ที่มหาวิทยาลัยแคมบริดจ์ในอังกฤษสลับ ด้วยกระวนกระวายใจVierstra อธิบายว่า งานโปรตีน phytochrome โดยสลับระหว่างฟอร์มสองฟอร์ม เรียกว่า Pr และ Pfrแบบฟอร์ม Pr สุดที่ดูดซับแสงสีแดง ที่ในอาทิตย์เต็ม เมื่อมันดูดกลืนแสงสีแดง phytochrome แปลงให้รัฐ Pfr ซึ่งเป็นที่ดูดซับแสง far-red ที่กุมอำนาจในร่มดีกว่า เมื่อ Pfr ดูดซับแสง far-red มันสลับกลับไปยังแบบฟอร์มประชาสัมพันธ์ฉลาดน้อยระบบจะตรวจพบหลายคุณภาพแตกต่างกันของแสง ความเข้มแสง (การเข้ารหัสในความเร็วที่โมเลกุลเด้งจากฟอร์มหนึ่งไปยังอีก), และสีของแสง (รหัส โดยอัตราส่วนของ Pfr ฟอร์มไปยังแบบฟอร์มประชาสัมพันธ์) ความเข้มบอกเมล็ดเมื่อโผล่ออกมาจากดินและสีบอกเพาะการเติบโตสูงเพื่อหลีกเลี่ยงเงาVierstra กล่าวว่า "ความงามนี้เป็นคุณสามารถ phytochromes การทำให้บริสุทธิ์ ใส่ในหลอดทดลอง และดูพวกเขาเปลี่ยนฟอร์ม โดยการฉายแสงสีแดง หรือ far-red บนการแก้ปัญหา "ดังนั้นพวกเขาไม่ figments ของจินตนาการของเรา"แก้วชั่วโมงที่ทำงานเร็วเกินไปแต่คำอธิบายนี้ใบออกหนึ่งแปลง Pfr สามารถแปลงไปประชาสัมพันธ์ โดยการดูดซับแสง far-red แต่ ด้วยการเรียกว่าพลิกกลับความร้อน ซึ่งเกิดขึ้น โดยไม่มีแสงท่านคิดว่า ทำงานเหมือนเป็นกระจกชั่วโมงพลิกกลับความร้อน Vierstra กล่าวว่า ทันทีที่พระอาทิตย์ตก ทำแก้วเริ่มต้นชั่วโมง และ Pfr เริ่มไหลกลับไปยังแบบฟอร์มประชาสัมพันธ์ จำนวนของ Pfr ในตอนท้ายของคืนแล้วบอกว่า พืชนานคืนนี้เป็นสิ่งสำคัญเนื่องจากความยาวของคืนขึ้นอยู่กับฤดูกาล โดยเฉพาะอย่างยิ่งห่างจากเส้นศูนย์สูตร ดังนั้น ความยาวการเปลี่ยนแปลงวัน (คืน) ช่วยให้พืชจะบอกที่อยู่ในวงจรตามฤดูกาล ซึ่งจะช่วยให้ดอกในฤดูกาลเหมาะสมไม่มีใครเคยทดสอบความคิดพลิกกลับความร้อนว่ามีนาฬิกาทราย หรือตัวจับเวลา อย่างไรก็ตาม แต่ ตามที่พวกเขาถูก tinkering กับ phytochrome B ห้องปฏิบัติการ Vierstra ทำ phytochrome กลายพันธุ์ที่รวดเร็ว reverters และคนที่มาช้า reverters และสายพันธุ์เหล่านี้เป็นหนึ่งในผู้ที่เดินทางไปอาร์เจนตินาเมื่อพวกเขาเติบโตพืช ห้องปฏิบัติการ Casals มีผลแปลกที่พวกเขาจะเข้าใจเพียงว่าพลิกกลับความร้อนเร็วกว่าทุกคนรับรู้ และเฉพาะ ถ้าพลิกกลับมีความไวต่ออุณหภูมิมาก ในคำอื่น ๆ การ interpretationwas เท่าพืช phytochrome B ในชนิดป่า (unmodified) ว่าอุณหภูมิเป็นเซนเซอร์แสงเป็นอย่างดี"โรงงานกำลังมองหา Pfr ซึ่งบอกมันไฟดับ Vierstra กล่าว "ตากแดด พืชช้า ๆ Pfr มาก ขึ้นจนกระทั่งปฏิกิริยาที่แปลง Pfr Pr saturates แต่ในขณะที่อุณหภูมิสูงขึ้น พลิกกลับความร้อนเริ่มทำงานอย่างรวดเร็ว พืชสะสมค่อนข้างน้อย Pfr"คุณคาดหวังว่า ที่อุณหภูมิสูง การประชาสัมพันธ์ -> Pfr ปฏิกิริยาจะไปได้เร็วขึ้น Vierstra กล่าว ว่า "และมันคงไม่ แต่พลิกกลับความร้อนไปได้เร็วขึ้น มันลบสัญญาณไฟเนื่องจากปฏิกิริยาพลิกกลับความไวต่ออุณหภูมิมากกว่าหนึ่งการสร้างสัญญาณแสง"คุณสามารถทำนายว่า นี้จะทำอะไรเป็นการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิ Vierstra กล่าวว่า "พืชที่ทำให้จำนวนมากของ Pfr มีสั้น เข้มข้นสีเขียว และมีความสุข แต่จะดึงความร้อนพลิกกลับลง Pfr ที่คะ

ผลลัพธ์ (ไทย) 2:

ในฐานะที่เราผลักดันข้อ จำกัด ของการเกษตรที่จะเลี้ยงคนอื่น ๆ ในโลกที่อบอุ่นที่เราไม่เข้าใจว่าพืชรู้สึกอุณหภูมิ.

ในทางกลับกันที่น่าแปลกใจของนักวิทยาศาสตร์เหตุการณ์ที่มหาวิทยาลัยบัวโนสไอเรสในอาร์เจนตินาและมหาวิทยาลัยวอชิงตันเซนต์หลุยส์ได้เรียนรู้เพียง ที่เซ็นเซอร์แสงของพืชนอกจากนี้ยังตอบสนองต่ออุณหภูมิ.

พืชประกอบด้วยเฉพาะโปรตีนที่ไวต่อแสงที่เปลี่ยนรูปร่างเมื่อพวกเขาดูดซับแสงมากที่สุดเท่าที่จะทำ photopigments ในสายตามนุษย์ พืชทั้งหมดมีสามหลักเซลล์รับแสงแสงสีแดงที่เรียกว่า phytochrome A, B และ C

เป็นส่วนหนึ่งของความพยายามที่จะสร้างพืชที่สามารถทนต่อสภาวะการเจริญเติบโตที่แตกต่างกัน, ริชาร์ดจอร์จ Vierstra และ Charmaine Mallinckrodt ศาสตราจารย์ในศิลปะและวิทยาศาสตร์ที่มหาวิทยาลัยวอชิงตันใน St . หลุยส์ได้รับการพัฒนาห้องสมุดของการกลายพันธุ์ phytochrome B รวมทั้งคนที่มีมากหรือน้อยกว่าความไวต่อแสงกว่าพืชชนิดป่า.

เพื่อทำความเข้าใจพืชกลายพันธุ์ของพวกเขาในห้องปฏิบัติการ Vierstra ร่วมกันพวกเขาด้วย Jorge เจ Casal ห้องปฏิบัติการในอาร์เจนตินาที่ นักศึกษาปริญญาเอกมาร์ติ Legris เติบโตพวกเขาภายใต้ความหลากหลายของสภาพการควบคุมอย่างระมัดระวัง.

"เรามี 'แปลก' ผลที่ไม่สามารถอธิบายได้เว้นแต่ phytochrome ที่เราได้ทำงานร่วมกับไวต่ออุณหภูมิเช่นเดียวกับแสง" Vierstra กล่าว.

ในฐานะที่เป็น อุณหภูมิกุหลาบ, พืชบางชนิดสัมผัสกับแสงแดดคงสร้างน้อยกว่ารูปแบบที่ใช้งานทางชีวภาพของ phytochrome B - ไม่ได้มากขึ้นที่คุณคาดหวัง.

ที่อุณหภูมิในช่วงฤดูร้อนพืชเหล่านี้ทำตัวราวกับว่าพวกเขาอยู่ในแสงสลัวแม้ว่าพวกเขากำลัง ในดวงอาทิตย์ที่สดใส.

ผลการวิจัยจะได้รับการตีพิมพ์ในฉบับ 27 ตุลาคมวิทยาศาสตร์ร่วมกับกระดาษสหายยังเซ็นเซอร์วัดอุณหภูมิพืชโดยห้องปฏิบัติการที่มหาวิทยาลัยเคมบริดจ์ในอังกฤษ.

สวิทช์ที่มีความกระวนกระวายใจ

Vierstra อธิบายว่าโปรตีน phytochrome ทำงาน โดยการสลับระหว่างสองรูปแบบที่เรียกว่าพีอาร์และ PFR.

รูปแบบการประชาสัมพันธ์ที่ดีที่สุดคือการดูดซับแสงสีแดงซึ่งเป็นที่อุดมสมบูรณ์ในอาทิตย์เต็ม เมื่อมันดูดซับแสงสีแดง, phytochrome แปลงรัฐ PFR ซึ่งเป็นที่ดีกว่าในการดูดซับแสงไกลสีแดงที่กุมอำนาจในที่ร่ม เมื่อ PFR ดูดซับแสงไกลสีแดง, สวิทช์กลับไปที่รูปแบบ Pr.

ระบบนี้เล็ก ๆ น้อย ๆ ที่ฉลาดมีความสามารถในการตรวจสอบคุณภาพที่แตกต่างของแสงรวมทั้งความเข้มของแสง (เข้ารหัสในความเร็วที่โมเลกุลชนจากรูปแบบหนึ่งไปยังอีก ) และสีของแสง (เข้ารหัสโดยอัตราส่วนของรูปแบบ PFR เพื่อรูปแบบการประชาสัมพันธ์) ความเข้มบอกเมล็ดเมื่อโผล่ออกมาจากดินและสีบอกเพาะเมื่อจะเติบโตสูงเพื่อหลีกเลี่ยงการที่ร่ม.

"ความงามของที่นี่คือคุณสามารถชำระ phytochromes ที่ใส่ไว้ในหลอดทดลองและดูพวกเขาเปลี่ยนรูปแบบง่ายๆโดยการส่องแสงสีแดง หรือแสงสีแดงไกลในการแก้ปัญหาที่ "Vierstra กล่าวว่า "ดังนั้นพวกเขาไม่ได้เศษเสี้ยวของจินตนาการของเรา."

แก้วชั่วโมงที่วิ่งเร็วเกินไป

แต่คำอธิบายนี้ออกใบหนึ่งแปลง PFR สามารถแปลงไป Pr โดยการดูดซับแสงสีแดงไกล แต่ยังตามกระบวนการที่เรียกว่าการพลิกกลับความร้อนที่เกิดขึ้นโดยไม่ต้องแสง.

คนคิดว่าการพลิกกลับความร้อนทำงานเหมือนแก้วชั่วโมง Vierstra กล่าวว่า ทันทีที่พระอาทิตย์ตกดินแก้วชั่วโมงเริ่มต้นทำงานและ PFR เริ่มไหลกลับไปที่รูปแบบการประชาสัมพันธ์ ปริมาณของ PFR ในตอนท้ายของคืนแล้วบอกโรงงานนานเท่าใดคืนเป็น.

นี้เป็นสิ่งสำคัญเพราะความยาวของคืนที่แตกต่างกันไปตามฤดูกาลโดยเฉพาะอย่างยิ่งอยู่ห่างจากเส้นศูนย์สูตร ดังนั้นการเปลี่ยนแปลงในวัน (และคืน) ความยาวจะช่วยให้พืชที่จะบอกว่าพวกเขาอยู่ในวงจรตามฤดูกาลซึ่งจะช่วยให้พวกเขาดอกไม้ในฤดูกาลที่เหมาะสม.

ไม่มีใครได้รับสามารถที่จะทดสอบความคิดที่ว่าพลิกกลับความร้อนเป็นนาฬิกาทรายหรือจับเวลา อย่างไรก็ตาม แต่เป็นพวกเขาได้รับการ tinkering กับ phytochrome B, ห้องปฏิบัติการ Vierstra ทำให้กลายพันธุ์ที่มี phytochrome reverters รวดเร็วและคนที่เป็น reverters ช้า และกลายพันธุ์เหล่านี้ในหมู่ผู้ที่เดินทางไปยังอาร์เจนตินา.

เมื่อพวกเขาเติบโตพืช, ห้องปฏิบัติการ Casals ได้ผลลัพธ์ที่แปลกที่พวกเขาสามารถเข้าใจได้เฉพาะในกรณีที่การพลิกกลับความร้อนเร็วกว่าทุกคนตระหนัก; และเพียงถ้าอัตราการพลิกกลับมีความสำคัญมากกับอุณหภูมิ ในคำอื่น ๆ เท่านั้นที่เป็นไปได้ว่า interpretationwas phytochrome B ในป่าประเภท (แปร) พืชอุณหภูมิเช่นเดียวกับเซ็นเซอร์วัดแสง.

"พืชที่กำลังมองหา PFR ซึ่งจะบอกว่ามันแสงอยู่บน" Vierstra กล่าวว่า "ในแสงแดดพืชอย่างช้า ๆ ทำให้มากขึ้น PFR จนเกิดปฏิกิริยาที่แปลงประชาสัมพันธ์อิ่มตัว PFR. แต่เป็นอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นของการพลิกกลับความร้อนเริ่มทำงานได้อย่างรวดเร็วเพื่อให้พืชสะสมค่อนข้างน้อย PFR.

" คุณจะคาดหวังว่าที่อุณหภูมิสูง พีอาร์ -> PFR ปฏิกิริยาจะไปได้เร็วขึ้น "Vierstra กล่าวว่า" และมันอาจไม่ แต่การพลิกกลับไประบายความร้อนได้เร็วยิ่งขึ้น มันจะลบสัญญาณไฟเพราะปฏิกิริยาการพลิกกลับมีความไวต่ออุณหภูมิกว่าหนึ่งสร้างสัญญาณไฟ.

"คุณสามารถคาดการณ์สิ่งนี้จะทำเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น" Vierstra กล่าวว่า "พืชที่ทำให้จำนวนมาก PFR สั้นสีเขียวอย่างเข้มข้นและมีความสุข. แต่พลิกกลับความร้อนจะวาดลง PFR ที่ hig