Spānijas biologi ir atklājuši gēnu ķēdi, kas savieno augu augšanas gēnus un "bioclock", un mainīja savu darbu kāpostu radinieka DNS, lai tas sāktu augt visu dienu un nakti, teikts rakstā, kas publicēts žurnālā Current Biology.
“Mēs noskaidrojām, ka PRR olbaltumvielas ir atbildīgas ne tikai par augu iekšējo pulksteni, bet arī par gēnu nomākšanu, kas saistīti ar to augšanu. Tagad mēs zinām, kā bioritmi ietekmē augu augšanu, kas ir ārkārtīgi svarīgi no agronomiskā viedokļa,”saka Guiomar Martín no Lauksaimniecības genomikas centra Barselonā, Spānijā.
Gēni, kas nosaka cilvēka ķermeņa diennakts ritmus, tika identificēti pagājušā gadsimta 90. gados. Līdzīgi gēni ir atrodami visu augu un dzīvnieku genomos. Šīs DNS sadaļas kontrolē daudzus procesus - miega un nomoda laiku, ziedu atvēršanu, barības meklēšanu un citas periodiskas parādības dzīvo būtņu dzīvē.
Zinātnieki ilgu laiku mēģināja atrast DNS reģionus, kas saista bioritmus un augšanas gēnus floras pārstāvju genomos, jo to atklāšana radīs “mūžīgi augošas” lauksaimniecības kultūru šķirnes un atrisinās bada problēmu. Martins un viņa kolēģi spēruši pirmo soli šīs problēmas risināšanā, izveidojot pirmo Arabidopsis (Arabidopsis thaliana), kas ir savvaļas kāpostu radinieks, šķirni ar līdzīgām DNS modifikācijām.
Arabidopsis, tāpat kā daudzi citi augi, garumā aug galvenokārt pļavās, kad mitruma līmenis augsnē un gaisā ir optimāls augšanai un gandrīz nemainās dienas laikā un nakts pirmajā pusē. Tās augšanu "organizē" PIF gēns un olbaltumvielas, kuru molekulas gaismas ietekmē sabrūk un nakts laikā uzkrājas augu šūnās. Zinātnieki vairākus gadus ir domājuši, kāpēc PIF liek Arabidopsis stublājam augt tikai pāragrajās stundās, neskatoties uz to, ka tā koncentrācija kļūst augsta tūlīt pēc saulrieta.
Pirms diviem gadiem Martins atzīmē, ka viņa kolēģi centrā atklāja neparastu saikni starp PIF koncentrāciju un citu olbaltumvielu - PRR1 molekulu, kas ir viens no daudzajiem auga bioclock komponentiem. Kad PRR1 īpatsvars augu šūnās bija maksimāli augsts, "augšanas signāla" tajās gandrīz pilnībā nebija, un otrādi - kad šūnās bija PIF molekulas, "bioclock" aktivitāte tika maksimāli samazināta.
Izmantojot kolēģu atradumus, Martins un viņa komanda mēģināja izdomāt, kuras gēnu ķēdes kontrolē gan PIF, gan PRR1, un mēģināja tās atrast, novērojot dažādu gēnu aktivitātes līmeņa izmaiņas dažādos dienas laikos.
Kā izrādījās, tikai viens gēns - CDF5 - ir atbildīgs par Arabidopsis stumbra augšanu, kura darbība stimulē PIF un nomāc PRR1 un vairākus citus proteīnus un gēnus, kas saistīti ar augu bioritmu darbību. Kad zinātnieki mainīja CDF5 struktūru, Arabidopsis sāka augt visu dienu, kā dēļ šāda ĢMO auga stumbra garums bija aptuveni 1,5–2 reizes garāks nekā tā savvaļas radiniekiem.
Reklāmas video:
Ģenētiķi ierosina, ka bioclock līdzīgā veidā kontrolē citu gēnu darbu, kas ir atbildīgi par stublāju, sakņu, augļu un ziedu augšanu. To mainīšana palielinās ražas ražu un floru padarīs pievilcīgāku biomasas avotu kurināmā un ķīmisko produktu ražošanai.