Растения экономят воду благодаря своим биологическим часам
Исследователи обнаружили, что циркадные ритмы (биологические часы) растений критически важны для регуляции потребления воды, позволяя растениям использовать этот ресурс более эффективно.
Ключевые открытия
- Эксперименты с модельными растениями с изменёнными генами циркадных ритмов показали, что изменения в работе часов влияют на эффективность использования воды (water use efficiency, WUE).
- Некоторые генетические изменения заставляли растения использовать больше воды на единицу роста.
- Неожиданно, другие изменения позволили растениям расти крепкими и здоровыми, используя меньше воды.
- На эффективность использования воды влияет вся циркадная система в целом, а не какая-то отдельная её часть.
Как это работает?
Растения испаряют воду (транспирация) с суточным ритмом, потому что устьица — крошечные поры на поверхности листьев — обычно открыты только днём. Ранее было показано, что их суточное открытие регулируется циркадными ритмами.
Изменённые гены часов влияют на эффективность использования воды несколькими путями:
- Регулируя процесс транспирации.
- Влияя на размер листьев, что, в свою очередь, сказывается на общем потреблении воды растением.
«Мы предположили, что циркадные ритмы могут оказывать большое влияние на количество воды, которое используют растения. И наши эксперименты подтверждают это», — объясняет старший автор исследования доктор Антони Додд из John Innes Centre.
Практическое значение
- Сельское хозяйство потребляет около 80% пресной воды в мире.
- Понимание процессов, влияющих на водопотребление растений, жизненно важно для создания продуктивных, но менее водоёмких культур.
- Исследование открывает возможность «настройки» сельскохозяйственных культур для более эффективного использования воды: они будут терять меньше влаги при транспирации, не теряя в росте.
«Главная цель работы — сократить количество воды, используемой для орошения сельскохозяйственных культур, чтобы повысить устойчивость производства пищевых продуктов», — говорит доктор Додд.
Дальнейшие шаги
- Выяснение клеточных механизмов, объясняющих, как циркадные ритмы регулируют потерю воды растениями.
- Проверка важности этих открытий для ключевых сельскохозяйственных культур на основе знаний, полученных на модельных растениях.
- Исследование роли температуры во влиянии биологических часов на эффективность использования воды.
Исследование: «The circadian clock contributes to
the long-term water efficiency of Arabidopsis» опубликовано в журнале
Plant Physiology.
Финансирование: BBSRC.
Коллаборация: Университет Бристоля (проф. Алистер
Хетерингтон).
