Kredit:Gabe Saldana
En upptäckt av forskare från Texas A&M AgriLife Research i Dallas ger nya insikter om den biologiska eller cirkadiska klockan, hur det reglerar hög vattenanvändningseffektivitet i vissa anläggningar, och hur andra, inklusive matväxter, kan förbättras för samma effektivitet, möjligen att växa under förhållanden som är obeboeliga för dem idag.
Forskarna i sin studie, publiceras i tidskriften Genombiologi och evolution , identifiera 1, 398 transkriptionsfaktorer, proteiner som reglerar uttrycket av vissa gener i ananas. Av dem, nästan hälften uppvisade tidsspecifika eller dygnsgenuttrycksmönster, vilket kan vara viktigt för att avslöja de genetiska kontrollerna för vattenanvändning i växter.
"Detta är ett viktigt steg för att förstå den övergripande dygnsregleringen av vatteneffektiv fotosyntes och hur den effektiviteten kan replikeras i andra växter, nämligen matgrödor, " sa Dr. Qingyi Yu, AgriLife Research docent i växtgenomik i Dallas.
Hennes teams studie kommer efter 2017 års Nobelpris i fysiologi eller medicin, belönades i år för upptäckter relaterade till de molekylära mekanismerna som styr dygnsrytmen.
Yus grupp fokuserade på ananas, en vatteneffektiv tropisk växt som använder crassulaceansyrametabolism eller CAM-fotosyntes. Under fotosyntesen, CAM-växter öppnar stomata på natten för att underlätta vatteneffektivt gasutbyte jämfört med C3-växter, vars mindre vatteneffektiva gasutbyte sker under dagen. Majoriteten av livsmedelsgrödor, inklusive ris, vete, sojabönor och bomull, använda C3-fotosyntes.
En graf från en nyligen publicerad vetenskaplig publikation av forskare från Texas A&M AgriLife Research i Dallas visar genuttrycksmönster vid olika tidpunkter på dygnet i två sektioner av ananasväxten:en som bidrar till fotosyntesen (grön bladspets) och en som inte gör det (vitt blad) bas.). Kredit:Texas A&M AgriLife illustration
Forskare fann att vissa gener som regleras av den biologiska klockan uttrycker sig på liknande sätt i två vävnadstyper av ananasväxten:de som bidrar till fotosyntesen och de som inte gör det. Fyndet representerar ett nytt paradigm för att identifiera kärnklockgener, sa Yu. Metoden avslöjade vad som kan vara komponenter i dygnsklockan eller oscillatorn som reglerar CAM-aktivitet.
Upptäckten är ett steg i att förstå de genetiska mekanismerna för mycket vatteneffektiv CAM-fotosyntes och att använda kunskapen för växtodling i framtiden, sa Yu.
"Vi tror att vi någon gång kan förbättra vattenintensiva C3-växter till den grad att de också använder CAM-fotosyntes, " sa hon. "Genom att förstå dessa genetiska kontroller, vi kan hjälpa växter att anpassa sig till förändrade klimat, eventuellt odla mat i miljöer där det skulle vara omöjligt idag."
Yu sa att nästa steg i den pågående forskningen är att bekräfta funktionerna hos den blivande dygnsrytmoscillatorn.