Volgens een artikel gepubliceerd in het tijdschrift Current Biology hebben Spaanse biologen een genketen ontdekt die plantengroei-genen en "bioclock" verbindt, en zijn werk in het DNA van het koolverwant veranderd zodat het de hele dag en nacht begon te groeien.
“We ontdekten dat PRR-eiwitten niet alleen verantwoordelijk zijn voor de interne klok van planten, maar ook voor de onderdrukking van genen die geassocieerd zijn met hun groei. Nu weten we hoe bioritmen de plantengroei beïnvloeden, wat uitermate belangrijk is vanuit agronomisch oogpunt”, zegt Guiomar Martín van het Centrum voor Landbouwgenomica in Barcelona, Spanje.
De genen die het circadiane ritme van het menselijk lichaam bepalen, werden in de jaren 90 van de vorige eeuw geïdentificeerd. Vergelijkbare genen worden gevonden in het genomen van alle planten en dieren. Deze delen van het DNA beheersen vele processen - de tijd van slapen en waken, het openen van bloemen, het zoeken naar voedsel en andere periodieke verschijnselen in het leven van levende wezens.
Wetenschappers hebben lange tijd geprobeerd om DNA-gebieden te vinden die bioritmen en groeigenen met elkaar verbinden in de genomen van flora-vertegenwoordigers, aangezien hun ontdekking "steeds groter wordende" variëteiten van landbouwgewassen zal creëren en het hongerprobleem zal oplossen. Martin en zijn collega's hebben de eerste stap gezet om dit probleem op te lossen door de eerste "variëteit" van Arabidopsis thaliana te creëren, een wilde verwant van kool, met vergelijkbare DNA-modificaties.
Arabidopsis groeit, net als veel andere planten, in lengte voornamelijk in de uren vóór zonsopgang, wanneer het vochtgehalte in de grond en in de lucht optimaal is voor groei, en verandert bijna niet gedurende de dag en in de eerste helft van de nacht. De groei wordt "georkestreerd" door het PIF-gen en -eiwit, waarvan de moleculen vervallen onder invloed van licht en zich 's nachts ophopen in plantencellen. Wetenschappers vragen zich al jaren af waarom PIF ervoor zorgt dat de stengel van Arabidopsis alleen in de vroege ochtenduren groeit, ondanks het feit dat de concentratie direct na zonsondergang hoog wordt.
Twee jaar geleden, merkt Martin op, ontdekten zijn collega's in het centrum een ongebruikelijk verband tussen de concentratie van PIF en een ander eiwit, het PRR1-molecuul, een van de vele componenten van het bioclock van de plant. Wanneer het aandeel van PRR1 in plantencellen maximaal hoog was, was het "groeisignaal" in hen bijna volledig afwezig, en vice versa - wanneer PIF-moleculen in de cellen aanwezig waren, werd de activiteit van het "bioklok" maximaal verminderd.
Met behulp van de bevindingen van collega's probeerden Martin en zijn team erachter te komen welke genketens worden gecontroleerd door zowel PIF als PRR1, en probeerden ze deze te vinden door veranderingen in het activiteitsniveau van verschillende genen op verschillende tijdstippen van de dag te observeren.
Het bleek dat slechts één gen, CDF5, verantwoordelijk is voor de groei van de Arabidopsis-stam, wiens werk PIF stimuleert en PRR1 en een aantal andere eiwitten en genen die verband houden met het functioneren van plantenbioritmen onderdrukt. Toen wetenschappers de structuur van CDF5 veranderden, begon Arabidopsis gedurende de dag te groeien, waardoor de stengellengte van zo'n GGO-plant ongeveer 1,5-2 keer langer was dan die van zijn wilde verwanten.
Promotie video:
Genetici suggereren dat bioclock het werk van andere genen op een vergelijkbare manier controleert, die verantwoordelijk zijn voor de groei van stengels, wortels, vruchten en bloemen. Door ze aan te passen, worden de gewasopbrengsten verhoogd en wordt de flora een aantrekkelijkere bron van biomassa voor de productie van brandstof en chemicaliën.