Według artykułu opublikowanego w czasopiśmie Current Biology, hiszpańscy biolodzy odkryli łańcuch genów łączący geny wzrostu roślin i „bioklok” i zmienili jego działanie w DNA krewnego kapusty, tak że zaczął on rosnąć w ciągu dnia i nocy.
„Odkryliśmy, że białka PRR są odpowiedzialne nie tylko za wewnętrzny zegar roślin, ale także za tłumienie genów związanych z ich wzrostem. Teraz wiemy, jak biorytmy wpływają na wzrost roślin, co jest niezwykle ważne z agronomicznego punktu widzenia”- mówi Guiomar Martín z Centrum Genomiki Rolniczej w Barcelonie w Hiszpanii.
Geny, które określają rytmy dobowe ludzkiego ciała, zostały zidentyfikowane w latach 90. ubiegłego wieku. Podobne geny znajdują się w genomach wszystkich roślin i zwierząt. Te odcinki DNA kontrolują wiele procesów - czas snu i czuwania, otwieranie kwiatów, poszukiwanie pożywienia i inne okresowe zjawiska w życiu istot żywych.
Naukowcy od dawna próbują znaleźć regiony DNA, które łączą biorytmy i geny wzrostu w genomach przedstawicieli flory, ponieważ ich odkrycie stworzy „wiecznie rosnące” odmiany upraw rolnych i rozwiąże problem głodu. Martin i jego koledzy zrobili pierwszy krok w kierunku rozwiązania tego problemu, tworząc pierwszą „odmianę” Arabidopsis thaliana, dzikiego krewnego kapusty, z podobnymi modyfikacjami DNA.
Arabidopsis, podobnie jak wiele innych roślin, rośnie głównie w godzinach przedświtu, kiedy wilgotność gleby i powietrza jest optymalna dla wzrostu i prawie nie zmienia się w ciągu dnia oraz w pierwszej połowie nocy. Proces jej wzrostu „koordynuje” gen i białko PIF, których cząsteczki rozkładają się pod wpływem światła i w nocy gromadzą się w komórkach roślin. Naukowcy od kilku lat zastanawiali się, dlaczego MTP sprawia, że łodyga Arabidopsis rośnie tylko w godzinach przedświtu, mimo że jego stężenie staje się wysokie tuż po zachodzie słońca.
Martin zauważa, że dwa lata temu jego koledzy z centrum odkryli niezwykłe powiązanie między stężeniem PIF a innym białkiem, cząsteczką PRR1, jednym z wielu składników biokloku rośliny. Gdy udział PRR1 w komórkach roślinnych był maksymalnie wysoki, „sygnał wzrostu” był w nich prawie całkowicie nieobecny i odwrotnie - gdy w komórkach były cząsteczki PIF, aktywność „biokloku” była maksymalnie zmniejszona.
Korzystając z ustaleń kolegów, Martin i jego zespół próbowali dowiedzieć się, które łańcuchy genów są kontrolowane zarówno przez PIF, jak i PRR1, i próbowali je znaleźć, obserwując zmiany w poziomie aktywności różnych genów w różnych porach dnia.
Jak się okazało, tylko jeden gen, CDF5, odpowiada za wzrost łodygi rzodkiewnika, której praca stymuluje PIF i hamuje PRR1 oraz szereg innych białek i genów związanych z funkcjonowaniem biorytmów roślin. Kiedy naukowcy zmienili strukturę CDF5, Arabidopsis zaczął rosnąć przez cały dzień, dzięki czemu długość łodygi takiej rośliny GMO była około 1,5-2 razy większa niż jej dzikich krewnych.
Film promocyjny:
Genetycy sugerują, że bioklok kontroluje w podobny sposób pracę innych genów, które odpowiadają za wzrost łodyg, korzeni, owoców i kwiatów. Modyfikacja ich zwiększy plony i sprawi, że flora stanie się bardziej atrakcyjnym źródłem biomasy do produkcji paliw i chemii.