Жаворонок или сова: у растений тоже есть циркадные часы
Согласно новому исследованию, в котором изучаются гены, управляющие циркадными ритмами у растений, у растений так же есть биологические часы, как и у людей.
Исследование показало, что изменение их кода ДНК на одну букву потенциально может решить, является ли растение жаворонком или совой. Полученные данные могут помочь фермерам и селекционерам выбрать растения с часами, которые лучше всего подходят для их местоположения, помогая повысить урожайность и даже способность противостоять изменению климата.
Циркадные часы — это молекулярный метроном, который управляет организмом в течение дня и ночи, приветствует наступление утра и задергивает занавески ночью. У растений они регулирует широкий спектр процессов, от инициирования фотосинтеза на рассвете до регулирования времени цветения.
Эти ритмические паттерны могут варьироваться в зависимости от географического положения, широты, климата и времени года, при этом часы могут адаптироваться к местным условиям.
Исследователи из Института Эрлхэма и Центра Джона Иннеса в Норидже хотели лучше понять, насколько суточные колебания существуют естественным образом, с конечной целью выведения сельскохозяйственных культур, более устойчивых к локальным изменениям в окружающей среде, серьезной угрозе изменения климата.
Чтобы исследовать генетическую основу этих локальных различий, команда исследовала различные циркадные ритмы у шведских растений арабидопсиса, чтобы идентифицировать и изучить гены, связанные с изменяющимся ритмом часов.
«На общее состояние здоровья растения сильно влияет то, насколько точно его циркадные часы синхронизированы с продолжительностью каждого дня и сменой времен года. Точное совпадение с часами может дать ему преимущество над конкурентами, хищниками и патогенами.
Нам было интересно увидеть, как это повлияет на циркадные часы растений в Швеции — стране, которая испытывает резкие колебания светового дня и климата. Понимание генетики, лежащей в основе колебаний биологических часов и адаптации, могло бы помочь нам вывести более устойчивые к климату культуры в других регионах», — сказала доктор Ханна Рис, научный сотрудник Института Эрлхэма и автор статьи.
Команда исследователей изучала гены 191 разновидности арабидопсиса, полученных со всей Швеции. Они искали крошечные различия в генах этих растений, которые могли бы объяснить различия в циркадной функции.
Их анализ показал, что одно изменение пары оснований ДНК в конкретном гене — COR28 — с большей вероятностью будет обнаружено у растений, которые зацвели поздно и имеют более длительный период. COR28 — известный координатор времени цветения, морозостойкости и циркадных часов, все это может повлиять на местную адаптацию в Швеции.
«Удивительно, что всего лишь одно изменение пары оснований в последовательности одного гена может повлиять на то, как быстро тикают часы», — объяснила доктор Рис.
Ученые также использовали новаторский метод визуализации с задержкой флуоресценции для проверки растений с помощью по-разному настроенных циркадных часов. Они показали, что разница между часами первых стоячих и последних поэтапных заводов составляет более 10 часов — аналогично установкам, работающим в противоположные смены. Как география, так и генетическое происхождение растения оказали влияние на эксперимент.
«Arabidopsis thaliana — это модельная система растений, — сказала д-р Рис. «Это было первое растение, геном которого был секвенирован, и широко изучен в циркадной биологии, но это первый раз, когда кто-либо провел такое исследование, чтобы найти гены, ответственные за разные типы часов.
Наши результаты выдвигают на первый план некоторые интересные гены, которые могут представлять новые цели для селекционеров сельскохозяйственных культур, и обеспечивают платформу для будущих исследований. Наша система визуализации с задержкой флуоресценции может быть использована на любом зеленом фотосинтетическом материале, что делает ее применимой к широкому спектру растений. Следующим шагом будет применение эти результаты к основным сельскохозяйственным культурам, включая капусту и пшеницу».
Результаты исследования опубликованы в журнале Plant, Cell and Environment .
Источник: Институт Эрлхема
