У растений такие же различия в биологических часах, как и у людей, согласно новому исследованию, которое изучает гены, управляющие циркадными ритмами у растений.
Исследование показывает, что изменение одной буквы в их коде ДНК потенциально может решить, является ли растение жаворонком или совой. Выводы 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 днем и ночью, дурачась, дурачась о приходе утра и задергивая шторы на ночь. У растений он регулирует широкий спектр процессов, от запуска фотосинтеза на рассвете до регулирования времени цветения.
Эти ритмические паттерны могут варьироваться в зависимости от географии, широты, климата и времени года - часы растений должны адаптироваться, чтобы наилучшим образом справляться с местными условиями.
Исследователи из Института Эрлхема и Центра Джона Иннеса в Норвиче хотели лучше понять, насколько естественно существуют циркадные колебания, с конечной целью выведения культур, более устойчивых к локальным изменениям в окружающей среде - насущной угрозе климата. изменить.
Чтобы исследовать генетическую основу этих локальных различий, команда изучила различные циркадные ритмы у шведских растений арабидопсиса, чтобы идентифицировать и подтвердить гены, связанные с изменением хода часов.
Доктор Ханна Риз, научный сотрудник Института Эрлхэма и автор статьи, сказала: «Общее здоровье растения сильно зависит от того, насколько точно его циркадные часы синхронизированы с продолжительностью каждого дня и прохождением времена года. Точные биологические часы могут дать ему преимущество перед конкурентами, хищниками и патогенами.
"Нам было интересно посмотреть, как повлияют на циркадные часы растений в Швеции, стране, которая испытывает экстремальные колебания дневного света и климата. Понимание генетики, лежащей в основе изменения биологических часов и адаптации, могло бы помочь нам вывести более устойчивых к климату растений. посевов 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 с поздним цветением и более длительным периодом цветения. COR28 является известным координатором времени цветения, устойчивости к замерзанию и циркадных часов; все это может повлиять на местную адаптацию в Швеции.
«Удивительно, как изменение всего одной пары оснований в последовательности одного гена может повлиять на то, как быстро тикают часы», - объяснил доктор Рис.
Ученые также использовали новаторский метод визуализации с замедленной флуоресценцией для скрининга растений с по-разному настроенными суточными часами. Они показали, что разница между часами первых встающих и последних заводов составляет более 10 часов, что похоже на заводы, работающие в противоположные смены. Влияние оказали как география, так и генетическое происхождение растения.
«Arabidopsis thaliana является модельной системой растений», - сказал доктор Рис. «Это было первое растение, геном которого был секвенирован, и оно широко изучалось в циркадной биологии, но это первый случай, когда кто-либо проводил такого рода ассоциативное исследование, чтобы найти гены, ответственные за различные типы часов».
Наши результаты выявили некоторые интересные гены, которые могут стать мишенями для селекционеров и предоставить платформу для будущих исследований. Наша система визуализации с замедленной флуоресценцией может использоваться на любом зеленом фотосинтезирующем материале, что делает ее применимой к широкому спектру растений. Следующим шагом будет применение этих результатов к ключевым сельскохозяйственным культурам, включая капусту и пшеницу».
Результаты исследования опубликованы в журнале Plant, Cell and Environment.