Mae egino hadau yn dibynnu ar olau mewn llawer o blanhigion. Ond nid bob amser: Mae Aethionema arabicum, planhigyn sydd wedi'i addasu i amodau amgylcheddol heriol, yn gwneud ei ffordd ei hun. Yma, mae'r ffytocromau, y derbynyddion ar gyfer golau coch a phell-goch, yn chwarae rhan annisgwyl mewn egino hadau ac yn amseru'r broses hon i'r tymor gorau posibl.
Mae'r canfyddiadau hyn, sydd bellach wedi'u cyhoeddi yn Ffisioleg Planhigion, yn enghraifft gymhellol o ailweirio esblygiadol modiwlau signalau sy'n helpu planhigion i addasu i'w cynefinoedd. Arweiniwyd yr astudiaeth gan ymchwilwyr yn Sefydliad Bioleg Planhigion Moleciwlaidd Gregor Mendel (GMI) Academi Gwyddorau Awstria.
Er bod rhai plannu hadau angen golau i egino, mae hadau eraill yn ansensitif i olau neu hyd yn oed yn cael eu rhwystro gan olau. Mae'r rhan fwyaf o fewnwelediadau i rôl golau yn ystod egino hadau yn deillio o astudiaethau sy'n defnyddio'r organeb enghreifftiol Arabidopsis thaliana, lle mae angen golau i ysgogi egino.
Mewn cyferbyniad, mae golau yn atalydd cryf o egino mewn planhigion eraill, ond mae sail moleciwlaidd yr effaith hon wedi parhau i fod yn anhysbys i raddau helaeth. Mae tîm o ymchwilwyr, dan arweiniad Dr Zsuzsanna Mérai yn Sefydliad Gregor Mendel (GMI), bellach yn defnyddio'r planhigyn Aethionema arabicum (Brassicaceae) i ymchwilio i fecanwaith moleciwlaidd y golau a ataliwyd hadau egino.
Mae Aethionema arabicum yn tarddu o gynefinoedd agored a sych lle byddai egino hadau ar yr wyneb yn ystod dyddiau llachar, hir a phoeth yn lleihau'r siawns o oroesi eginblanhigion. Dehonglir ataliad egino ysgafn fel nodwedd i gyfyngu ar egino i dymhorau oerach neu i hadau sydd wedi'u lleoli o dan y ddaear.
Yn eu hastudiaeth, dangosodd Mérai a'i chydweithwyr fod ffytocromau, y derbynyddion golau ar gyfer tonfeddi coch a choch pell, yn chwarae rhan ddeuol yn yr ymateb i olau yn Aethionema; gallant ysgogi ond hefyd atal egino. Trwy fesur y dwyster ysgafn a hyd trwy ffytocromau, mae'r hadau'n cael gwybodaeth am hyd y dydd ac erbyn hynny, am y tymor.
Mae amrywiad Chypriad yn helpu i ddeall ataliad golau
Mae Mérai a'i chydweithwyr yn defnyddio hadau un amrywiad Aethionema sy'n tarddu o Gyprus (CYP) nad ydynt yn egino wrth ddod i gysylltiad â golau gwyn. Yn ei cynefin naturiol, dim ond yn gynnar yn y gwanwyn y mae'r amrywiad CYP yn egino pan fydd dyddiau'n gymharol fyr, ac mae'r tymheredd yn oer. Mae hyn yn caniatáu i'r planhigyn gwblhau ei gylch bywyd cyn tymor sych yr haf.
Ceisiodd Mérai ymchwilio i fecanwaith atal golau yn Aethionema CYP trwy greu casgliad o hadau mwtagenaidd y gwnaethant eu sgrinio ar gyfer mutants a allai egino hefyd mewn golau gwyn, yn wahanol i'r llinell wreiddiol. Nawr, roedd yr ymchwilwyr yn nodweddu un mutant yn y lefel foleciwlaidd.
Fe wnaethon nhw ei alw'n “koy-1,” ar ôl Koyash, duw'r haul ym mytholeg Tyrcig. Fe wnaethant ddangos bod ei dreiglad yn effeithio ar HEME OXYGENASE 1, genyn allweddol sydd ei angen ar gyfer biosynthesis cromofforau, moleciwlau ffytocromau sy'n canfod golau. Mae'r treiglad hwn yn cyfyngu ar faint o brotein cromofforaidd ac mae'n gyfrifol am ymatebolrwydd golau newidiol koy-1.
Mae rôl ddeuol ffytocromau yn galluogi addasu amgylcheddol
Caniataodd y mutant koy-1 Mérai a'i chydweithwyr i ddatgelu manylion mecanistig pellach. “Trwy amrywio dwyster golau, tonfedd, a hyd, roeddem yn gallu dyrannu patrymau ymateb golau cymhleth yn gysylltiedig â ffytocromau yn Aethionema,” meddai Mérai. ”Caniataodd y swm gweddilliol isel o ffytocromau swyddogaethol yn koy-1 inni ddatrys rôl ddeuol syfrdanol yn egino hadau Aethionema.”
Dangosodd eu harbrofion fod arddwysedd golau uchel a hyd yn atal egino yn gryf, tra bod amlygiad byr yn ffafrio egino. Mae'r ddau ymateb gwrthgyferbyniol hyn i olau yn deillio o wahanol gyfrannau rhwng dau hormon allweddol: yr asid abssisig sy'n atal egino (ABA) yn erbyn yr asid gibberellig sy'n achosi eginiad (GA).
“Roeddem eisoes yn gwybod bod amlygiad golau mewn Arabidopsis yn arwain at lefelau GA uchel ac ABA isel. Nawr, rydym hefyd yn gwybod bod Aethionema CYP yn ymateb yn yr un modd o dan olau cyfyngedig iawn. Fodd bynnag, gydag arbelydru cynyddol, mae lefelau'r hormonau'n mynd wyneb i waered yn llythrennol, gan arwain at ataliad egino,” meddai Mérai. “Mae gan yr ymatebion i’r gwrthwyneb i ddwysedd a hyd golau sail enetig ac maent yn addasiad i amgylchedd naturiol y planhigion, gan ganiatáu i Aethionema CYP egino yn gynnar yn y gwanwyn, ond nid yn hwyrach.”
Mae Evolution yn gweithio gyda modiwlau ailweirio
Trwy ddatgelu y gallai'r un chwaraewyr moleciwlaidd gyfryngu effeithiau a wrthwynebir yn ddiametrig, mae'r tîm yn dogfennu sut y gallai esblygiad fod wedi “ailweirio” modiwlau presennol i ymateb yn ddigonol i ofynion amgylcheddol. Gydag amrywiadau cyfun o’r fath, wedi’u dogfennu mewn organebau lluosog, gall esblygiad gyflawni newidiadau “cyflym” heb fod angen i chwaraewyr newydd esblygu o’r dechrau.
“Mae ein canfyddiadau yn paratoi’r ffordd ar gyfer gwell dealltwriaeth o brosesau moleciwlaidd mewn natur a bioamrywiaeth trwy astudio organebau nad ydynt yn fodel a phlanhigion nad ydynt yn gnydau. Mae'r wybodaeth wyddonol a geir o Arabidopsis yn hanfodol, ond nid bob amser yn gynrychioliadol o bob planhigyn. Yma, rydym yn dangos y gallem hyd yn oed ddatgelu mecanweithiau moleciwlaidd hollol gyferbyniol mewn natur, ”meddai Mérai, y mae ei waith yn sefydlu Aethionema fel model newydd ar gyfer astudio effeithiau golau ar hadau egino.