Согласно новым исследованиям, которые исследуют гены, управляющие циркадными ритмами растений, у растений наблюдаются те же 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-кокарду с наступлением утра и задергивание занавесок 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-при этом растительные часы должны адаптироваться, чтобы лучше справляться с местными условиями.

Исследователи из Института Эрлхэма и Центра Джона Иннеса в Норвиче хотели лучше понять, сколько циркадных вариаций существует в природе, с конечной целью разведения культур, которые более устойчивы к местным изменениям в окружающей среде—насущной угрозе изменения климата.

Чтобы исследовать генетическую основу этих локальных различий, команда исследовала различные циркадные ритмы у шведских растений арабидопсиса, чтобы идентифицировать и проверить гены, связанные с изменяющимся тиканьем часов.

Доктор Ханна рис, постдокторский 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 на циркадные часы растений в Швеции - стране, которая испытывает экстремальные колебания дневного времени и климата. Понимание генетики, лежащей в основе изменения 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 циркадной функции.

Их анализ показал, что однократное изменение пары оснований ДНК в определенном гене-COR28—чаще встречается у растений, которые цветут поздно и имеют более длительный период. COR28 является известным координатором времени цветения, морозостойкости 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 рис.

Ученые также использовали новаторский метод визуализации замедленной флуоресценции для скрининга растений С по-разному настроенными циркадными часами. Они показали, что существует более чем 10-часовая разница между часами самых ранних стояков и последних фазированных заводов-сродни заводам, работающим в противоположные смены. И география, и генетическое происхождение растения, по-видимому, оказали влияние.

- Arabidopsis thaliana-это образцовая система растений, - сказал доктор рис. "Это было первое растение, у которого был секвенирован геном, и оно было широко изучено в циркадной биологии, но это первый случай, когда кто-то провел такое исследование ассоциаций, чтобы найти гены, ответственные за различные типы часов.

"Наши результаты подчеркивают некоторые интересные гены, которые могут представлять собой мишени для селекционеров сельскохозяйственных культур и обеспечить платформу для будущих исследований. Наша система визуализации замедленной флуоресценции может быть использована на любом зеленом фотосинтетическом материале, Что делает ее применимой к широкому спектру растений. Следующим шагом будет применение этих результатов к основным сельскохозяйственным культурам, включая брассику и пшеницу."

Результаты исследования были опубликованы в журнале Plant, Cell and Environment.

ИСТОЧНИК