Биологические часы и дополнительные пары генов контролируют важные функции растений

Биологические часы популярной продовольственной культуры контролируют почти три четверти её генов, согласно исследованию Дартмутского колледжа.

Генетическое исследование показывает, как растение использует внутренние реакции на цикл день-ночь — циркадные ритмы — для регуляции таких процессов, как размножение, фотосинтез и реакции на стрессовые условия.

Исследование, опубликованное в журнале eLife, может помочь учёным выбрать гены-мишени для улучшения роста и устойчивости к стрессу при перемещении растения в новый регион или при изменении климатических условий.

Многие сельскохозяйственные культуры, такие как пшеница, картофель и Brassica, удвоили или утроили свой полный набор генов. Это заставило исследователей задаться вопросом, какое влияние дополнительные пары генов оказывают на биологические часы растения или на процессы выживания, такие как устойчивость к засухе.

Исследовательская группа использовала RNA-секвенирование, чтобы определить, как гены культуры Brassica rapa (репа, рапс, китайская капуста, листовые овощи) контролируются внутренним механизмом отсчёта времени растения.

В ходе исследования растения подвергались нормальным условиям с тёплыми днями и прохладными ночами. Затем их извлекли из этой среды и отбирали пробы в течение двух дней, чтобы выявить, какие гены активны в ответ на сигналы внутренних часов растения.

Ключевые результаты:

• Было обнаружено, что более 16 000 генов (около трёх четвертей всех генов растения) регулируются циркадными ритмами в отсутствие изменений света и температуры.
• Дополнительные копии генов часто активны в разное время суток по сравнению со своими парными генами.
• Часто только один член пары удвоенных генов реагировал на засуху.
• Различия во времени активации генов или в реакции на засуху, вероятно, возникли уже после дупликации генов.

Выводы и значение:

• Одна и та же дупликация генов, ответственная за более чувствительные биологические часы, также создаёт большую устойчивость к засухе.
• Один набор копий генов может поддерживать критические процессы роста, в то время как другие свободны для эволюции новых функций, которые можно использовать для создания устойчивых к стрессу культур.
• Понимание различий внутри пар генов, делающих их чувствительными или нечувствительными к засухе, может дать исследователям способ повысить устойчивость растений к изменениям, вызванным климатом.
• Время суток имеет значение для экспрессии генов, когда дело доходит до реакции на засуху.

Циркадные ритмы, регулирующие большую часть биологии растений, вероятно, будут подвержены влиянию изменения климата, поскольку экологические сигналы становятся менее надёжными. Это затрудняет адаптацию и выживание растений, но также служит ключом для исследователей, ищущих способы повысить устойчивость растений.