Согласно новым исследованиям, которые исследуют гены, управляющие циркадными ритмами у растений (Циркадные часы), у растений есть те же самые изменения в часах тела, что и у людей.
Исследование показывает, что изменение одной буквы в их ДНК-коде потенциально может решить, является ли растение жаворонком или совой. Полученные результаты 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 направляет организмы в течение дня и ночи — кокарды, кричащие о наступлении утра и задергивающие шторы на ночь. В растениях он регулирует широкий спектр процессов, от затравки фотосинтеза на рассвете до регулирования времени цветения.
Эти ритмические паттерны могут варьироваться в зависимости от географии, широты, климата и сезонов года-растительные часы должны адаптироваться, чтобы лучше всего справляться с местными условиями.
Исследователи из Института Эрлхэма и Центра Джона Иннеса в Норвиче хотели лучше понять, сколько циркадных вариаций существует естественным образом, с конечной целью разведения культур, которые более устойчивы к местным изменениям окружающей среды-насущной угрозе с изменением климата.
Чтобы исследовать генетическую основу этих локальных различий, команда исследовала различные циркадные ритмы у шведских растений арабидопсиса, чтобы идентифицировать и проверить гены, связанные с изменением тиканья часов.
Доктор Ханна рис, исследователь Института Эрлхэма и автор статьи, сказала: «общее состояние здоровья растения сильно зависит от того, насколько точно его циркадные часы синхронизированы с продолжительностью каждого дня и сменой сезонов.» Точные часы тела могут дать ему преимущество над конкурентами, хищниками и патогенами.
«Нам было интересно посмотреть, как повлияют циркадные часы растений в Швеции, стране, которая испытывает экстремальные колебания в дневное время и климате. Понимание генетики, лежащей в основе вариации часов организма и адаптации, может помочь нам выращивать более устойчивые к изменению климата культуры в других регионах.»
Команда изучила гены 191 различных сортов арабидопсиса, полученных со всей Швеции. Они искали крошечные различия в генах между этими растениями, которые могли бы объяснить различия в циркадных функциях.
Их анализ показал, что изменение одной пары оснований ДНК в определенном гене-COR28 — с большей вероятностью обнаруживается у растений, которые цветут поздно и имеют более длинную продолжительность периода. COR28 является известным координатором времени цветения, морозоустойчивости и циркадных часов; все это может влиять на местную адаптацию в Швеции.
«Удивительно, что только одно изменение пары оснований в последовательности одного гена может повлиять на то, как быстро тикают часы», — объяснил доктор.
Ученые также использовали новаторский метод замедленной флуоресцентной визуализации для скрининга растений с различными настройками циркадных часов. Они показали, что существует более чем 10-часовая разница между часами самых ранних стояков и последних фазированных растений — сродни растениям, работающим в противоположные смены. И география, и генетическое происхождение растения, по-видимому, оказали влияние.
Arabidopsis thaliana — это образцовая растительная система. Это было первое растение, у которого секвенирован геном и оно было широко изучено в циркадной биологии, но это первый случай, когда кто-то выполнил этот тип ассоциативного исследования, чтобы найти гены, ответственные за различные типы часов.
«Наши результаты выявляют некоторые интересные гены, которые могут представлять собой мишени для селекционеров сельскохозяйственных культур и служить платформой для будущих исследований. Наша замедленная флуоресцентная система визуализации может быть использована на любом зеленом фотосинтетическом материале, Что делает ее применимой к широкому спектру растений. Следующим шагом будет применение этих результатов к ключевым сельскохозяйственным культурам, включая брасику и пшеницу.»
Результаты исследования были опубликованы в журнале Plant, Cell and Environment.
Материалы предоставлены Институтом Эрлхэма. Примечание: содержание может быть отредактировано
Ханна Рис, Райан Джойнсон, Джеймс К. М. Браун, Энтони Холл. Естественная вариабельность циркадного ритма, связанная с локусами часовых генов при присоединении шведского арабидопсиса. Plant, Cell & Environment, 2020; DOI: 10.1111/pce. 13941
