Как понимание внутренних часов растений может изменить сельское хозяйство

Растения, как и люди, имеют внутренние биологические часы — циркадные ритмы. Эти ритмы контролируют почти все процессы в растении: от открытия устьиц на листьях до фотосинтеза и цветения.

Как растения определяют время

Циркадные ритмы растений управляются сетью из примерно 20 генов внутри каждой клетки. Эти гены включают и выключают друг друга, создавая 24-часовой цикл. Этот механизм активирует другие гены в разное время суток:

• Гены, связанные с фотосинтезом, обычно активны утром.
• Гены, связанные с ростом и развитием, активны ночью.

Если эти гены-регуляторы мутируют, ритм растения сбивается: ускоряется, замедляется или останавливается. В лабораторных условиях растение с нарушенными часами вырастает лишь до половины размера нормального растения.

Применение в сельском хозяйстве

Изучение циркадных ритмов растений может помочь решить проблемы продовольственной безопасности, особенно в условиях изменения климата.

• Урожайность: Естественные мутации в генах часов уже приводили к прорывам в сельском хозяйстве. Например, томаты, выращенные в северных широтах, имеют более медленные часы, что позволяет им эффективнее использовать длинный летний день для фотосинтеза.
• Устойчивость: Разные генетические сорта одной культуры (например, яровой и озимый ячмень) цветут в разное время года из-за различий в генах, связанных с часами. Это позволяет фермерам максимизировать продуктивность, выбирая сорт для конкретного сезона.
• Эффективность: Исследования показывают, что чувствительность растений к гербицидам зависит от времени суток их применения. Это знание можно использовать для более точной и эффективной обработки.
• Вертикальное фермерство: В условиях полностью контролируемого освещения на вертикальных фермах понимание циркадных ритмов поможет оптимизировать световые циклы для максимального роста при минимальном потреблении энергии, а также определить лучшее время для полива и внесения удобрений.

За последние 25 лет накоплены обширные знания о генетическом контроле циркадных часов растений. Следующая задача — применить эти знания в сельском хозяйстве, чтобы сделать выращивание пищи более эффективным, а культуры — более устойчивыми.