Ежедневные колебательные ритмы были впервые обнаружены у растений в 1729 году путем измерения ритмов движения листьев у мимоз. Теперь исследование Института Эрлхэма, возглавляемое аспирантом Ханной Риз, «пролило свет» на то, как они работают с различными видами сельскохозяйственных культур.
Важно отметить, что Ханна разработала надежный метод точного измерения часов растений пшеницы и капусты с использованием естественной «замедленной флуоресценции», которая будет очень полезна для исследований по улучшению сельскохозяйственных культур в будущем.
Замедленная флуоресценция – это свет, который излучается растениями после освещения, который сохраняется в течение длительного времени в темноте.* В статье, опубликованной в журнале «Plant Methods», проливается свет на то, что делает пшеницу «клещей» и как растения проявляют признаки старения.
Мы не такие разные, ты и я
Циркадные часы у людей хорошо известны и понятны – например, они испытывают смену часовых поясов и недосыпание после путешествий между разными часовыми поясами. Даже изменение часов на один час в любую сторону от лета может привести к рассинхронизации, так как на повторную настройку наших биологических часов уходит несколько дней.
Растения также страдают от аналогичных последствий изменения условий освещения, которые теперь легче исследовать благодаря недавней работе в EI.
Среди выводов – встроенные циркадные часы у растений Brassica продолжаются при 24-часовом освещении, тогда как у пшеницы часы колеблются лучше в постоянной темноте.
Что еще более интересно, похоже, что у обоих типов растений циркадные часы колеблются быстрее с возрастом, что верно для даже более старых и молодых листьев на одном растении.
Ханна разработала надежный метод измерения суточных моделей растений, таких как пшеница, который ранее доказал свою сложность, поскольку большинство методов основывались на использовании генетической модификации – метод, который не очень легко применить на пшенице. Другие методы, учитывающие движение листьев, работают только с двудольными растениями (растения с двумя семенными листами), тогда как пшеница – это однодольные (растение с одним семенным листом, например травы и лилии).
Этот метод работает путем измерения задержки 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 солнце для получения энергии.
Этот метод позволит исследователям обнаруживать различия между циркадными ритмами сельскохозяйственных культур, выращиваемых в настоящее время для производства продуктов питания, и помочь им определить, соответствует ли ритм окружающей среде, в которой они выращиваются. Для культур, выращиваемых на экваторе, могут потребоваться другие ритмы, чем для растений, выращиваемых на полюсах, из-за разницы в продолжительности светового дня.
Растения с циркадными часами, синхронизированными с окружающей средой, более здоровы и дают более высокие урожаи.
Ведущий автор Ханна Рис сказала: «Мы очень рады провести первое исследование с использованием замедленной флуоресценции (светового излучения) в качестве инструмента для улучшения сельскохозяйственных культур, сосредоточив внимание на полезной информации, которую мы получили о различиях в ритме часов. работа в брассике и пшенице.
«Тот факт, что тактовая частота увеличивается по мере того, как завод становится старше, также действительно удивителен, и наш следующий вопрос: почему это может произойти?? Есть ли биологическое преимущество в наличии «подростковых» часов и «пожилых часов»??
Мы надеемся, что наша работа поможет повысить урожайность сельскохозяйственных культур, позволив селекционерам выбирать культуры с циркадными часами, подобранными для оптимального роста в определенных регионах мира."
Часы для продовольственной безопасности
Исследование группы Энтони Холла в EI по циркадным часам имеет большой потенциал в улучшении селекции пшеницы. Мы уже знаем, что циркадные часы важны для биологических процессов, таких как:
Фотосинтез (производство сахара)
Защита от вредителей
Устьичная проводимость (водная регуляция)
Цветение
Фиксирующий азот (для производства белка)
Превращение углерода в полезные продукты
Обладая более глубокими знаниями и пониманием того, как работают часы на пшенице, мы можем вникнуть в потенциал улучшения этой важной основной культуры в будущем.