Spanska biologer har upptäckt en genkedja som kopplar växttillväxtgener och "bioklocka", och ändrade sitt arbete i kålrelatans DNA så att det började växa under dagen och natten, enligt en artikel publicerad i tidskriften Current Biology.
”Vi fann att PRR-proteiner inte bara är ansvariga för växternas inre klocka, utan också för att undertrycka gener som är förknippade med deras tillväxt. Nu vet vi hur biorytmer påverkar växttillväxt, vilket är oerhört viktigt ur en agronomisk synvinkel, säger Guiomar Martín från Center for Agricultural Genomics i Barcelona, Spanien.
Genen som bestämmer människans kropps cirkadiska rytmer identifierades redan på 90-talet av förra seklet. Liknande gener finns i genomen hos alla växter och djur. Dessa delar av DNA kontrollerar många processer - tiden för sömn och vakenhet, öppningen av blommor, sökandet efter mat och andra periodiska fenomen i levande varelser.
Forskare har försökt under lång tid att hitta DNA-regioner som länkar biorytmer och tillväxtgener i genomerna hos florarepresentanter, eftersom deras upptäckt kommer att skapa "växande" sorter av jordbruksgrödor och lösa hungerproblem. Martin och hans kollegor tog det första steget mot att lösa detta problem genom att skapa den första "sorten" av Arabidopsis (Arabidopsis thaliana), en vild släkting till kål, med liknande DNA-modifieringar.
Arabidopsis växer, liksom många andra växter, i längd främst under de föregångna timmarna, när fuktnivån i jorden och i luften är optimal för tillväxt och nästan inte förändras under dagen och under första halvan av natten. Tillväxten "orkestreras" av PIF-genen och proteinet, vars molekyler sönderfaller under påverkan av ljus och ackumuleras i växtceller under natten. Forskare har under flera år undrat varför PIF får stammen av arabidopsis att växa endast under de föregångna timmarna, trots att dess koncentration blir hög direkt efter solnedgången.
För två år sedan, konstaterar Martin, avslöjade hans kollegor i centrum en ovanlig koppling mellan koncentrationen av PIF och ett annat protein, PRR1-molekylen, en av de många komponenterna i växtens bioklocka. När andelen PRR1 i växtceller var så hög som möjligt var”tillväxtsignalen” nästan fullständigt frånvarande i dem, och vice versa - när PIF-molekyler var närvarande i cellerna minskades aktiviteten för”bioklockan” maximalt.
Med hjälp av kollegernas resultat försökte Martin och hans team ta reda på vilka genkedjor som kontrolleras av både PIF och PRR1 och försökte hitta dem genom att observera förändringar i aktivitetsnivån för olika gener vid olika tidpunkter på dagen.
Som det visade sig är bara en gen, CDF5, ansvarig för tillväxten av arabidopsisstammen, vars arbete stimulerar PIF och undertrycker PRR1 och ett antal andra proteiner och gener förknippade med funktionen av växtbiorytmer. När forskare ändrade strukturen på CDF5, började Arabidopsis växa under dagen, på grund av att stamlängden för en sådan GMO-växt var cirka 1,5-2 gånger längre än för dess vilda släktingar.
Kampanjvideo:
Genetiker föreslår att bioklocka kontrollerar andra geners arbete på liknande sätt, som ansvarar för tillväxten av stjälkar, rötter, frukt och blommor. Att modifiera dem kommer att öka skörden och göra flora till en mer attraktiv källa för biomassa för bränsle och kemisk produktion.
