Een ontdekking door Texas A&M AgriLife Research-wetenschappers in Dallas biedt nieuwe inzichten over de biologische of circadiane klok, hoe het een hoog waterverbruik in sommige fabrieken regelt, en hoe anderen, inclusief voedselplanten, kan worden verbeterd voor dezelfde efficiëntie, mogelijk om te groeien in omstandigheden die vandaag de dag voor hen onbewoonbaar zijn.

De wetenschappers in hun studie, gepubliceerd in het tijdschrift Genoombiologie en evolutie , identificeren 1, 398 transcriptiefactoren, eiwitten die de expressie van bepaalde genen in ananas reguleren. Van deze, bijna de helft vertoonde tijdspecifieke of dagelijkse genexpressiepatronen, die van belang kunnen zijn bij het blootleggen van de genetische controles voor watergebruik in planten.

"Dit is een belangrijke stap in het begrijpen van de algehele circadiane regulatie van waterefficiënte fotosynthese en hoe die efficiëntie kan worden gerepliceerd in andere planten, namelijk voedselgewassen, " zei Dr. Qingyi Yu, AgriLife Research universitair hoofddocent plantgenomica in Dallas.

De studie van haar team komt op de hielen van de Nobelprijs voor de Fysiologie of Geneeskunde 2017, dit jaar toegekend voor ontdekkingen met betrekking tot de moleculaire mechanismen die het circadiane ritme beheersen.

Yu's groep richtte zich op ananas, een waterefficiënte tropische plant die gebruik maakt van het metabolisme van crassulaceanzuur of CAM-fotosynthese. Tijdens fotosynthese, CAM-planten openen hun huidmondjes 's nachts om waterefficiënte gasuitwisseling mogelijk te maken in vergelijking met C3-planten, waarvan de minder waterefficiënte gasuitwisseling overdag plaatsvindt. De meeste voedselgewassen, inclusief rijst, tarwe, soja en katoen, gebruik C3-fotosynthese.

Onderzoekers ontdekten dat bepaalde genen die worden gereguleerd door de biologische klok, op dezelfde manier tot expressie komen in twee weefseltypes van de ananasplant:degenen die bijdragen aan fotosynthese en degenen die dat niet doen. De bevinding vertegenwoordigt een nieuw paradigma voor het identificeren van kernklokgenen, zei Yu. De methode onthulde wat mogelijk componenten zijn van de circadiane klok of oscillator die de CAM-activiteit reguleert.

De ontdekking is een sprong in het begrijpen van de genetische mechanismen van zeer waterefficiënte CAM-fotosynthese en het gebruik van de kennis voor de productie van gewassen in de toekomst, zei Yu.

"We geloven dat we op een gegeven moment waterintensieve C3-planten kunnen verbeteren in de mate dat ze ook CAM-fotosynthese toepassen, " zei ze. "Door deze genetische controles te begrijpen, we kunnen planten helpen zich aan te passen aan veranderende klimaten, mogelijk voedsel verbouwen in omgevingen waar het vandaag onmogelijk zou zijn."

Yu zei dat de volgende stap in het lopende onderzoek is om de functies van de toekomstige circadiane oscillator te bevestigen.