Общеизвестно, что у людей есть циркадные часы. Когда мы путешествуем на большие расстояния, все приходит в негодность.
Суточные ритмы колебаний были впервые обнаружены у растений в 1729 году путем измерения ритмов движения листьев мимозы. Теперь исследования в Институте Эрлхэма под руководством аспиранта Ханны Риз «пролили свет» на то, как они действуют на различные виды сельскохозяйственных культур.
Важно отметить, что Ханна разработала надежный метод для точного измерения часов растений пшеницы и капусты с использованием естественной «задержки флуоресценции», которая будет очень полезна для исследований по улучшению урожая в будущем.
Задержанная флуоресценция - это свет, излучаемый растениями после освещения, который сохраняется в течение длительного времени в темноте. Статья, опубликованная в Plant Methods, проливает свет на то, что заставляет пшеницу «тикать», и как растения проявляют признаки старения.
Мы не такие уж разные, ты и я
Суточные часы у людей хорошо известны и хорошо изучены, например, когда человек испытывает смену часовых поясов и лишение сна после путешествия из одного часового пояса в другой. Даже перевод часов на один час в любую сторону лета может вывести нас из синхронизации, нашим биологическим часам требуется несколько дней, чтобы перенастроиться.
Растения тоже страдают от подобных последствий изменения условий освещения, которые теперь легче исследовать благодаря недавней работе в EI. Среди открытий: встроенные циркадные часы у растений Brassica продолжают тикать при круглосуточном освещении, тогда как у пшеницы часы лучше работают в условиях постоянной темноты.
Еще более интересно то, что у обоих типов растений циркадные часы колеблются быстрее по мере старения растения, что верно как для более старых, так и для более молодых листьев на одном растении.
Ханна разработала надежный метод измерения суточных режимов у таких растений, как пшеница, который ранее оказался трудным, поскольку большинство методов основывались на использовании генетической модификации - методе, который не очень легко реализовать на пшенице. Другие методы, рассматривающие движение листьев, работают только с двудольными растениями (растениями с двумя семенными листьями), тогда как пшеница является однодольным растением (растения с одним семенным листом, такие как травы и лилии).
Техника работает путем измерения замедленной флуоресценции фотосистемы II, которая, как следует из названия, имеет решающее значение для фотосинтеза. Активность фотосистемы II колеблется в 24-часовом окне, что очень полезно для организмов, которые полагаются на энергию солнца.
Эта методика позволит исследователям обнаруживать различия между циркадными ритмами сельскохозяйственных культур, которые в настоящее время выращиваются для еды, и помогает им определить, соответствует ли этот ритм среде, в которой он выращивается. Культурам, выращиваемым на экваторе, может потребоваться другой ритм, чем растениям, выращиваемым вблизи полюсов, из-за разницы в длине дня. Растения с циркадными часами, синхронизированными с окружающей средой, более здоровы и дают более высокие урожаи.
Ведущий автор Ханна Риз (Hannah Rees) сказала: «Мы очень рады провести первое исследование с использованием замедленной флуоресценции (излучения света) в качестве инструмента для улучшения качества культурных растений, сосредоточив внимание на полезной информации, которую мы получили о различиях. между тем, как работают ритмы часов в Brassica и пшенице.
"Тот факт, что часы ускоряются по мере того, как растение становится старше, также действительно удивителен, и наш следующий вопрос: почему это может происходить? Есть ли биологическое преимущество в наличии "подростковых" часов и "пожилых часов" «Мы надеемся, что наша работа поможет повысить урожайность, позволив селекционерам выбирать культуры с циркадными часами, соответствующими оптимальному росту в определенных регионах мира».
Часы для продовольственной безопасности
Исследование циркадных часов, проведенное группой Энтони Холла в EI, имеет большой потенциал в улучшении сортов пшеницы. Мы уже знаем, что циркадные часы важны для биологических процессов, таких как:
- Фотосинтез (производство сахара)
- Защита от вредителей
- Устьичная проводимость (водорегуляция)
- Цветение
- Фиксирующий азот (для производства белка)
- Превращение углерода в полезные продукты
С более глубоким знанием и пониманием того, как часы работают с пшеницей, мы можем углубиться в потенциал улучшения этой важной основной культуры в будущем.