Учёные раскрыли механизм работы "внутренних часов" растений

Международная команда исследователей, включая учёных из Йоркского университета, сделала важный шаг в понимании генетических механизмов, которые растения используют в борьбе за свет.

В исследовании, опубликованном в журнале eLife, идентифицирован ключевой белок, влияющий на способность циркадных часов растений — внутреннего механизма, управляющего суточными циклами — предвосхищать темноту, а также интенсивность и продолжительность света.

Эти внутренние часы контролируют "включение" и "выключение" множества генов в течение 24-часового цикла. Поскольку свет и температура окружающей среды также меняются в течение дня, многие организмы, включая человека, используют эти внешние сигналы для подстройки своих внутренних часов. Растения и животные должны адаптировать влияние внешних сигналов на свои часы, чтобы оставаться в синхронизации с циклом день/ночь в разных условиях и сезонах. Однако механизм этой адаптации был неясен.

Исследователи из Департамента биологии Йоркского университета и Института селекции растений Макса Планка изучили этот вопрос, вырастив растения-потомки от скрещивания двух типов модельного растения Arabidopsis thaliana из разных сред: одного из Германии, другого — из Таджикистана.

Эти потомки были также генетически модифицированы для производства светящегося фермента под контролем внутренних часов. Учёные обнаружили, что растения продолжали светиться и гаснуть с почти суточным ритмом даже после удаления внешних сигналов, таких как изменение температуры или света.

Разные растения-потомки светились и гасли с разными ритмами: у некоторых "день" длился 21 час, у других — 28 часов. Эти различия были вызваны множеством генов, отличавшихся от исходных родительских растений, и исследователи "отобразили" одно из этих генетических различий на отдельный ген.

Потомки, унаследовавшие версию гена ELF3 от таджикистанского родителя, имели внутренние часы, которые работали быстрее при свете. Эти растения также постепенно переставали светиться так же ярко, как немецкий родитель, в темноте, что указывало на то, что их внутренние часы "тикали тише". Было известно, что ген ELF3 влияет на циркадные часы растений, и команда пришла к выводу, что растения с таджикистанской версией этого гена — ELF3-Sha — также хуже способны перестраивать свои внутренние часы для синхронизации в ответ на внешние сигналы.

Исследователи также показали, что нормальный белок ELF3 чаще обнаруживается в ядре растительной клетки, чем версия ELF3-Sha, что может указывать на участие этого белка в "выключении" генов. Для точного понимания того, как белок ELF3 поддерживает правильный "ход" внутренних часов растения, необходимы дальнейшие исследования.

Профессор Сет Дэвис из Департамента биологии Йоркского университета отметил: "Следующая задача — применить эти фундаментальные исследования для изменения часовых генов в сельскохозяйственных культурах, чтобы они лучше реагировали на различные воздействия окружающей среды и смягчали последствия изменения климата".