Die Entdeckung zirkadianer Uhren könnte dazu beitragen, die Wassereffizienz in Nahrungspflanzen zu steigern

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Eine Entdeckung von Texas A & M AgriLife Research Wissenschaftlern in Dallas liefert neue Erkenntnisse über die biologische oder zirkadiane Uhr, wie es hohe Wassernutzungseffizienz in einigen Pflanzen reguliert, und wie andere, einschließlich Nahrungspflanzen, für die gleiche Effizienz möglicherweise verbessert werden könnten für sie heute in unbewohnbaren Bedingungen wachsen.

Die Wissenschaftler in ihrer Studie, veröffentlicht in der Zeitschrift Genome Biology and Evolution, identifizieren 1.398 Transkriptionsfaktoren, Proteine, die die Expression bestimmter Gene in Ananas regulieren. Von diesen zeigte fast die Hälfte tagesspezifische oder tagaktive Genexpressionsmuster, was bei der Aufdeckung der genetischen Kontrollen für den Wasserverbrauch in Pflanzen wichtig sein könnte.

"Dies ist ein wichtiger Schritt, um die gesamte circadiane Regulation der wassereffizienten Photosynthese zu verstehen und wie diese Effizienz in anderen Pflanzen reproduziert werden könnte, insbesondere bei Nahrungsmittelpflanzen", sagte Dr. Qingyi Yu, AgriLife Research Associate Professor für Pflanzengenomik in Dallas.

Die Studie ihres Teams folgt auf den Nobelpreis für Physiologie oder Medizin 2017, der in diesem Jahr für Entdeckungen im Zusammenhang mit den molekularen Mechanismen, die den zirkadianen Rhythmus steuern, verliehen wurde.

Yus Gruppe konzentrierte sich auf Ananas, eine wassersparende tropische Pflanze, die den Crassulaceen-Säurestoffwechsel oder die CAM-Photosynthese nutzt. Während der Photosynthese öffnen CAM-Pflanzen ihre Stomata nachts, um einen wassersparenden Gasaustausch zu ermöglichen, im Vergleich zu C3-Pflanzen, deren weniger wassersparender Gasaustausch während des Tages stattfindet. Die Mehrheit der Nahrungspflanzen, einschließlich Reis, Weizen, Sojabohnen und Baumwolle, verwenden C3 Photosynthese.

Forscher fanden heraus, dass bestimmte Gene, die durch die biologische Uhr reguliert werden, in zwei Gewebetypen der Ananaspflanze ähnlich sind: diejenigen, die zur Photosynthese beitragen und solche, die nicht zur Photosynthese beitragen. Der Befund stellt ein neues Paradigma zur Identifizierung von Core-Clock-Genen dar, sagte Yu. Die Methode offenbarte, was Komponenten der zirkadianen Uhr oder des Oszillators sein könnten, die CAM-Aktivität reguliert.

Die Entdeckung ist ein Sprung in das Verständnis der genetischen Mechanismen der hochwasser-effizienten CAM-Photosynthese und die Nutzung des Wissens für die Pflanzenproduktion in der Zukunft, sagte Yu.

"Wir glauben, dass wir zu einem gewissen Zeitpunkt wasserintensive C3-Pflanzen so weit verbessern können, dass sie auch CAM-Photosynthese anwenden", sagte sie. "Indem wir diese genetischen Kontrollen verstehen, können wir den Pflanzen helfen, sich an wechselnde Klimazonen anzupassen und möglicherweise Nahrungsmittel in Umgebungen anzubauen, in denen es heute unmöglich wäre."

Yu sagte, der nächste Schritt in der laufenden Forschung bestehe darin, die Funktionen des prospektiven circadianen Oszillators zu bestätigen.

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