Badania dostarczają informacji o wewnętrznych zegarach roślin
Naukowcy, których prace są finansowane ze środków unijnych, odkryli sposób, w jaki zegary biologiczne roślin pomagają im reagować na zmiany w porach świtu i zmierzchu oraz w długości dnia. Odkrycia rzucają nowe światło na sposób, w jaki żywe organizmy reagują na zmieniające się schematy światła dziennego i pomogą nam lepiej zrozumieć skutki zmęczenia spowodowanego zmianą strefy czasowej czy pracą w systemie zmianowym. Odkrycia, dokonane przez naukowców z Węgier i Wlk. Brytanii, zostały opisane w czasopiśmie Molecular Systems Biology. Źródłem unijnego dofinansowania był projekt EUCLOCK (Regulacja zegara dobowego), który otrzymał 12,3 mln EUR z tematu "Nauki o życiu, genomika i biotechnologia na rzecz zdrowia" Szóstego Programu Ramowego (6PR). Wiele żywych organizmów posiada zegar dobowy, który dba o to, by rozmaite aspekty metabolizmu, fizjologii i zachowania następowały o optymalnej porze cyklu dziennego. Wyniki badań pokazały, że niektóre geny wykazują większą aktywność w określonych porach dnia, a aktywność genów powiązanych funkcyjnie jest często regulowana na tę samą porę. Zegary biologiczne, które kontrolują te procesy są "ustawiane" przez takie wskazówki jak światło dzienne. Pomagają one roślinom optymalizować metabolizm węgla. W ciągu dnia rośliny wykorzystują energię czerpaną ze Słońca do przekształcania dwutlenku węgla i wody na cukry i tlen. Odbywa się to w komorach zwanych chloroplastami. Niektóre cukry są magazynowane w chloroplastach jako "przejściowa skrobia". "Podlega ona rozkładowi, aby służyć za źródło cukrów przez całą noc, zapobiegając zahamowaniu wzrostu rośliny indukowanego głodem" - piszą naukowcy. "Kilka genów biorących udział w metabolizmie skrobi podlega rytmicznej regulacji" - dodają. W ramach tych badań naukowcy przetestowali różne modele matematyczne i przeprowadzili rozmaite eksperymenty, aby ustalić złożoność procesów kontrolujących zegar dobowy Arabidopsis thaliana. Interesowało ich również określenie sposobu, w jaki zegar utrzymuje wystarczającą elastyczność, by radzić sobie ze zmianami sezonowymi w długości dnia oraz w porach świtu i zmierzchu. Przeprowadzone badania wykazały, że model matematyczny obejmujący trzy pętle sprzężenia zwrotnego lepiej przewidywał wyniki doświadczeń praktycznych niż modele uwzględniające zaledwie jedną lub dwie takie pętle. "Wykazaliśmy, że zwiększona złożoność modelu umożliwiła dobowej fazie komponentów modelu elastyczną zmianę w reakcji na fotoperiod regulujący cykl LD [światło/ciemność]" - stwierdzają naukowcy. Zdaniem naukowców "zachowanie modelu można podzielić koncepcyjnie na skutki dopływu światła - dzienne oddziaływanie porannej pętli na geny o ekspresji wieczornej oraz nocne oddziaływanie wieczornej pętli na geny o ekspresji porannej." Naukowcy są przekonani, że ich odkrycia mogą okazać się przydatne w naukach rolniczych. "Prawidłowa synchronizacja rytmicznych procesów, takich jak rozkład skrobi, ma kluczowe znaczenie dla wzrostu, zatem bardzo prawdopodobne jest to, że ta czasowa regulacja fizjologii wegetatywnej stanowi przedmiot naturalnej selekcji i może przyczyniać się do poprawy plonów" - podkreślają. Odkrycia mogą mieć również znaczenie dla medycyny. Senność, temperatura ciała, ciśnienie krwi i tężyzna fizyczna człowieka podlegają wahaniom w 24-godzinnym rytmie. "Nasze wyniki dostarczają cennych informacji na temat sposobu, w jaki rośliny - i ludzie - reagują na zmieniającą się długość dnia" - zauważa profesor Andrew Millar z Uniwersytetu w Edynburgu, Wlk. Brytania, kierownik badań. "Mogą prowadzić do nowej interpretacji sposobu radzenia sobie z zaburzeniem w dziennym rytmie światła i ciemności."
Kraje
Węgry, Zjednoczone Królestwo