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:

  1. Регулируя процесс транспирации.
  2. 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).