Cirkadisk uropdagelse kan bidrage til at øge vandeffektiviteten i fødevareplanter

En opdagelse af Texas A&M AgriLife Research-forskere i Dallas giver ny indsigt om det biologiske eller cirkadiske ur, hvordan det regulerer høj vandforbrugseffektivitet i nogle anlæg, og hvordan andre, herunder madplanter, kan forbedres for den samme effektivitet, muligvis at vokse under forhold, der er ubeboelige for dem i dag.

Forskerne i deres undersøgelse, offentliggjort i tidsskriftet Genombiologi og evolution , identificere 1, 398 transskriptionsfaktorer, proteiner, der regulerer ekspression af visse gener i ananas. Af disse, næsten halvdelen udviste tidsspecifikke eller daglige genekspressionsmønstre, hvilket kunne være vigtigt for at afdække de genetiske kontroller for vandbrug i planter.

"Dette er et vigtigt skridt i at forstå den overordnede døgnregulering af vandeffektiv fotosyntese, og hvordan denne effektivitet kan replikeres i andre planter, nemlig madafgrøder, " sagde Dr. Qingyi Yu, AgriLife Research lektor i plantegenomik i Dallas.

Hendes teams undersøgelse kommer i hælene på Nobelprisen 2017 i fysiologi eller medicin, tildelt i år for opdagelser relateret til de molekylære mekanismer, der styrer døgnrytmen.

Yus gruppe fokuserede på ananas, en vandeffektiv tropisk plante, der bruger crassulaceansyremetabolisme eller CAM-fotosyntese. Under fotosyntesen, CAM-planter åbner deres stomata om natten for at lette vandeffektiv gasudveksling sammenlignet med C3-planter, hvis mindre vandeffektive gasudveksling sker i løbet af dagen. Størstedelen af ​​fødevareafgrøder, inklusive ris, hvede, sojabønner og bomuld, bruge C3 fotosyntese.

Forskere fandt, at visse gener, der er reguleret af det biologiske ur, udtrykkes på samme måde i to vævstyper af ananasplanten:dem, der bidrager til fotosyntesen, og dem, der ikke gør. Fundet repræsenterer et nyt paradigme til at identificere kerne-urgener, sagde Yu. Metoden afslørede, hvad der kunne være komponenter i det cirkadiske ur eller oscillator, der regulerer CAM-aktivitet.

Opdagelsen er et spring i forståelsen af ​​de genetiske mekanismer bag meget vandeffektiv CAM-fotosyntese og brug af viden til afgrødeproduktion i fremtiden, sagde Yu.

"Vi tror på, at vi på et tidspunkt kan forbedre vandintensive C3-planter i det omfang, de også anvender CAM-fotosyntese, " sagde hun. "Ved at forstå disse genetiske kontroller, vi kan hjælpe planter med at tilpasse sig skiftende klimaer, muligvis dyrkning af mad i miljøer, hvor det ville være umuligt i dag. "

Yu sagde, at det næste skridt i den igangværende forskning er at bekræfte funktionerne af den potentielle cirkadiske oscillator.