A növények belső órája úgy ketyeg, mint az embereké

Nincsen jövőnk tudomány nélkül, nincsen Qubit nélkületek. Támogasd a munkánkat!

A növényi cirkadián óra genetikai mechanizmusáról szóló, a Plant, Cell & Enviroment folyóiratban megjelent tanulmány szerint a DNS egyetlen bázispárjának változása átalakítja azt, hogy az adott egyed miképpen alkalmazkodik az éjszakák és nappalok hosszának ingadozásához. Ez a mechanizmus szinte ugyanaz, mint amilyen az állatokban, így az emberben szabályozza az aktivitás, vagyis az ébrenlét és a pihenés, vagyis az alvás ritmikusan változó periódusait.

A cirkadián óra az a molekuláris metronóm, amely a növényekben is szabályozza a biológiai folyamatok széles skáláját, a hajnalban keződő fotoszintézistől a virágzás megfelelő időzítéséig.

A Phys.org ismertetője szerint az angliai Earlham Intézet és a John Innes Központ kutatói a lúdfű (Arabidopsis thaliana) svédországi példányait vizsgálták. 

A hipotézis az volt, hogy a növények általános egészségi állapotát nagymértékben befolyásolja, hogy mennyire szorosan szinkronizálják életritmusukat az évszakok szerint váltakozó hosszúságú nappalokkal, illetve éjszakákkal, mivel a biológiai óra szinkronizálása előnyt jelenthet számukra. Azért svédországi példányokat választottak, mert Skandináviában évszakonként extrém az eltérések, és a növények feltehetően adaptálódtak a helyi viszonyokhoz. Az alkalmazkodás genetikai mechanizmusainak megértése pedig a kutatók szerint az éghajlatváltozással szembeni ellenállóképesség kifejlesztésének is kulcsa lehet. 

A kutatók 191 különböző változat egyedi genetikai jellemzőit és „viselkedését” tanulmányozták, olyan apró különbségeket keresve, amelyek megmagyarázhatják a cirkadián funkció eltéréseit. 

A növénykutatások fehér egere, a lúdfűFotó: Kristian Peters/The whole copyright is owned by Kristian Peters. This work is licensed under the GNU Free Documentation License Version 1.2.

A flóra ritmusa

Mint az tudható, a növényi kronométer biológiai mechanizmusaira épp a lűdfű vizsgálata derített fényt még az 1980-as években. A Wageningeni Egyetem kutatója Maarten Koornneef volt az úttörők egyike, aki a növényélettani laborok népszerű növényével kezdett kísérletezni. Az általa más és más DNS-mutációkkal előállított egyedek különféleképpen reagáltak a kék, a vörös, vagy éppen az ibolyántúli tartományokra. 

Mára kiderült, hogy a genetikailag elsőként feltérképezett lúdfű tucatnyi fotoreceptorral, (például fototropinokkal, fito- és kriptokrómokkal) rendelkezik. Az egyik azt mondja meg a növénynek, hogy mikor csírázzon, a másik, hogy mikor hajoljon a fény felé, egy harmadik meg, hogy mikor van éjszaka. Van amelyik arról tájékoztatja, hogy csak úgy zuhog rá a fény, egy másik arról, hogy beállt a félhomály, s van amelyik az időzítésben játszik szerepet. Az időzítést a cirkadián óra vezényli. Az állatokban is jelenlévő, a nappalok és éjszakák élettani folyamatait szabályozó komplex mechanizmus  – amelynek genetikai részmagyarázatát 2017-ben Nobel-díjjal jutalmazták – szigorúan szabályozza azoknak a fehérjéknek a termelődését, amelyek a fotoszintézishez szükségesek. Az „óragének” és az általuk kódolt fehérjék mondják meg a növénynek, hogy milyen napszak van, és nem a külső, objektív idő. 

Ehhez csatlakozik egy olyan rendszer, ami a külső fényjeleket továbbítja a központi órához. Ezek a fényjelek nem azért kellenek, hogy az óra ketyegjen, hanem azért, hogy összhangba kerüljön a külső fény-sötét ciklussal. A jelátviteli rendszer kezdetén kétféle fotoreceptor játszik fontos szerepet a fényjelek érzékelésében. Az egyik a fitokróm fotoreceptor-család, amely a vörös, illetve távoli vörös fényt képes elnyelni, a másik pedig a kriptokróm fotoreceptor-család, amely a kék fény elnyelésében játszik szerepet. Mindkét családban több fotoreceptor-fehérje található, ezekkel a növény biztosan észreveszi a fényt. Így a cirkadián óra a megfelelő fénnyel szolgáló napszakhoz igazítja az egyes életfolyamatokat. 

A COR28

A mostani kutatás eredményei szerint a lúdfű COR28-as génjén egyetlen bázispárnyi változás már jelentős különbségekért lehet felelős. 

A kutatás kimutatta azt is, hogy akár 10 órás különbség is lehet a különbözi földrajzi helyről származó egyedek cirkadián ritmusa között. A növénybiológusok és -genetikusok úgy vélik, az általuk feltárt jelenség a mezőgazdasági haszonnövények nemesítése során bírhat jelentőséggel. A továbbiakban ezért azt tervezik, hogy gabona- és zöldségféléknél, elsősorban búza és káposzta esetében is megvizsgálják, hogy milyen genetikai srófra jár az egyes fajták cirkadián órája. 

Korábbi kapcsolódó cikkeink: