Ученые раскрывают секреты растений: как биологические часы адаптируются к изменчивой природе.

Многое из известного нам о циркадных ритмах растений было получено в результате проведения лабораторных экспериментов, где можно строго контролировать факторы, такие как свет и температура. Однако меньше известно о том, как эти биологические механизмы синхронизации функционируют в изменчивых условиях естественного мира, где они эволюционировали, чтобы адаптироваться к суточным и сезонным циклам. Инновационное совместное исследование британских и японских ученых позволило получить некоторые ответы на этот вопрос. Они провели ряд полевых экспериментов, которые показали, как растения сочетают сигналы своих внутренних часов с сигналами окружающей среды в изменчивых условиях. Ученые разработали статистические модели, основанные на данных, полученных в ходе полевых исследований. Эти модели могут помочь предсказывать, каким образом растения, включая основные сельскохозяйственные культуры, будут реагировать на изменения температуры в будущем. "Наше исследование подчеркивает важность международного сотрудничества в научном прогрессе", - сказал профессор Энтони Додд, руководитель исследовательской группы. Он отметил, что процессы, обнаруженные в лаборатории, также оказывают влияние на растения в естественной среде. Профессор Хироши Кудо отметил, что каждая живая система развивается в контексте своей естественной среды. Он отметил, что еще много работы предстоит провести для оценки функции генетических систем в естественных условиях. Предыдущее исследование группы профессора Додда выявило генетический путь, который регулируется биологическими часами растений и защищает их от повреждений при ярком свете и холоде. В данном исследовании ученые поставили перед собой задачу выявить этот же механизм в природе, используя данные, полученные в ходе полевых исследований под руководством профессора Кудо. В ходе этих исследований они изучали резуховидку Геллера, травянистое растение из семейства крестоцветных, на сельском полевом участке в Японии в течение марта и сентября. Ученые анализировали изменения в экспрессии генов в течение 24-часовых циклов, связанных с изменением освещенности и температуры. Для анализа уровней экспрессии генов в тканях растений они извлекали РНК каждые два часа, замораживали образцы и отправляли их в лабораторию. Ученые также создали оборудование, которое позволяло им контролировать температуру вокруг растений, чтобы воспроизвести условия из лабораторного исследования. Чтобы не влиять на результаты эксперимента, ученые использовали зеленые фильтры на своих фонариках, чтобы растения не видели их во время ночных визитов. Анализ данных показал, что растения в дикой природе проявляют такую же чувствительность к холоду и яркому свету, как и растения в лабораторных условиях. На основе этих данных исследователи разработали статистические модели, которые точно предсказывают, как будет изменяться активность экспрессии генов, контролируемая биологическими часами, в зависимости от изменений в окружающей среде в течение дня. "Мы считаем, что это первый случай, когда целый сигнальный путь биологических часов растений был смоделирован в естественных условиях", - сказал профессор Додд. Он отметил, что если ученые смогут создавать модели, которые точно предсказывают активность экспрессии генов в зависимости от условий окружающей среды, то это может помочь адаптировать растения к изменяющимся климатическим условиям. Дальнейшие исследования будут направлены на применение этих статистических моделей к другим физиологическим функциям растений, таким как фотосинтез и адаптация к температуре. Доктор Дора Кано-Рамирес, исследователь из Кембриджского университета и соавтор исследования, отметила, что биологические часы регулируют многие важные процессы растений. Она также подчеркнула, что понимание того, как эти процессы согласуются с изменяющейся окружающей средой с помощью моделирования, может быть полезным для прогнозирования реакций растений на все более непредсказуемый климат.