Awash f'baħar imqalleb ta 'ħutha, werqa tal-qamħirrum relegati għall-inqas skaluna taz-zokk tagħha jqatta' ħafna minn Ġunju wara nofsinhar mxarrba fid-dell mitfugħa mill-ogħla.
Imbagħad buffa tibda timbotta, tiġbed u tgħawweġ il-ġwienaħ tax-xama 'f'kunċert, qsim tieqa għall-ballun tan-nar li jmur 93 miljun mil bogħod. Hija opportunità ewlenija u prezzjuża għall-fotosintesi biex tittrasforma d-dawl tax-xemx f'ikel. Sfortunatament, l-ekwivalenti fotosintetiku ta 'protettur ta' surge—wieħed evolva biex jgħin lill-pjanti jtaffu l-ħsara mmexxija minn spikes f'daqqa ta 'dawl ta' intensità għolja—bil-mod biex jerġa 'jissettja wara tant ħin fid-dell. Il-buffa tinħela, il-mument marret qabel il-werqa u l-kċina ċellulari tagħha jistgħu jieħdu vantaġġ.
Is-sajf jiswa dawk il-minuti iżda opportunitajiet mitlufa biex jinħasad id-dawl jista 'jiswa lill-għelieqi tal-qamħirrun, u lil dawk li jrabbuhom, porzjon mdaqqsa tal-ħsad potenzjali li jagħtu fil-ħarifa. Billi reċentement identifikat u tkejjel l-influwenza ta 'ġodda ġeni li jirregolaw il-protettur tas-surge, l-Università ta 'Nebraska–Lincoln's Kasia Glowacka u l-kollegi jistgħu jgħinu biex iżidu dawk ir-rendimenti b'aktar minn 20%.
Li ma jnaqqsux l-importanza tas-salvagwardja, li jmur bl-isem ta 'quenching mhux fotokimiku, jew NPQ, u jista' jittrasforma d-dawl għal sħana kull meta pjanta tassorbi aktar ta 'l-ewwel milli tista' tpoġġi lejn il-fotosintesi. In-nuqqas li jinqata 'ċ-ċirkwit bijokimiku, wara kollox, jista' jwassal għal akkumulazzjoni tossika ta 'ossiġnu ultra-reattiv li jagħmel ħsara lid-DNA u jista' saħansitra joqtol ċellula. Iżda l-miżura ta 'sikurezza għandha żvantaġġ: Iktar ma tkun bil-mod biex tirrilassa u terġa' tibda tħalli l-fotosintesi tal-fjuwil ħafif assorbit, aktar taħli dak id-dawl li jagħti l-enerġija.
“Meta taħseb mill-perspettiva ta’ kloroplast f’a ċellula tal-pjanti, il-ħajja hija tassew diffiċli,” qal Glowacka, assistent professur tal-bijokimika f’Nebraska. "Kull ftit sekondi, l-ambjent qed jinbidel."
Fl-2016, Glowacka kkontribwixxa għal studju li juri li t-tkattir tal-attività ta’ tliet ġeni partikolari ppermetta pjanti tat-tabakk biex jinxtegħlu u jintfew l-NPQ b'pass ħafna aktar mgħaġġel, li jagħtih kemm protezzjoni aħjar kif ukoll fotosinteżi aktar effiċjenti. Dak it-tabakk, min-naħa tiegħu, ipproduċa weraq bejn wieħed u ieħor 20% akbar, b'simulazzjonijiet li jissuġġerixxu li jista 'jkun possibbli gwadann akbar. Ir-riċerka ta’ segwitu sabet li l-istess teknika tista’ tiġġenera benefiċċji simili fis-sojja—mhux biss għall-weraq, iżda wkoll għall-fażola.
Iżda t-tabakk u s-sojja jimpjegaw forma differenti ta’ fotosinteżi mill-qamħirrum, is-sorgu, il-kannamieli u diversi uċuħ tar-raba’ oħra adattati aħjar għal kundizzjonijiet sħan u niexfa—uċuħ tar-raba’ li r-rendiment tagħhom irid jiżdied biex jgħin jitimgħu l-10 biljun ruħ li mistennija jimlaw id-dinja sal-2050. Glowacka staqsiet. jekk il-ġeni li kkodifikaw għall-attività NPQ f'wieħed jista 'jkollhom dak l-istess rwol fl-ieħor. Anke li kieku għamlu, James Schnable ta' Glowacka u Nebraska dehret li għandu jkun hemm ġeni oħra li jgħinu proċess kumpless daqs l-NPQ.
Huma kellhom raġun. L-iskoperta tagħhom bdiet bit-tħabbira fl-għelieqi matul is-sjuf tal-2020 u l-2021, meta t-tim ħawwel aktar minn 700 linja ġenetikament differenti ta 'qamħ fil-Havelock Research Farm fil-grigal ta' Lincoln. Pjan ta 'Glowacka: tfittex differenzi fil-prestazzjoni NPQ fost il-linji, imbagħad ipprova tease liema ġeni kienu finalment responsabbli għal dawk id-differenzi. Xorta waħda, il-metodi eżistenti għall-kejl tal-NPQ, Glowacka kien jaf, kienu għaljin u jieħdu ħafna ħin. Aktar minn hekk, tħabtu biex iċċattjaw id-differenzi ta 'kuljum fl-espożizzjoni ta' kull linja għad-dawl, potenzjalment iħassru l-validità ta 'kwalunkwe sejba.
Pjuttost milli toqgħod, Glowacka żviluppat il-metodu tagħha stess. It-tim uża toqba modifikat biex joħroġ kampjuni ċkejkna mill-weraq ta 'kull linja fl-għalqa. Lura fil-laboratorju, ir-riċerkaturi taw il-kampjuni tat-tessuti kważi ġurnata biex jadattaw għad-dlam, u eventwalment kejlu l-fluworexxenza tagħhom—prokura għall-fotosintesi u NPQ—qabel u wara li esponewhom għal fwawar tad-dawl. Minflok ma kejjel kampjun wieħed kull 20 minuta, it-tim kien kapaċi jimmaniġġja 96 kampjun fuq dik l-istess medda.
Ir-riċerkaturi sabu li l-veloċità u l-kobor tar-risponsi NPQ varjaw ħafna fost il-linji, fatt li għen biex ittaffi t-tfittxija għal kwalunkwe ġeni ġdid li potenzjalment imexxi dik il-varjazzjoni fil-qamħ. Paragun tal-linji' kodiċi ġenetiku, cross-referenced kontra d-differenzi fil-prestazzjoni NPQ, eventwalment żvelat sitt kandidati ġene promettenti. Bosta minn dawk il-kandidati kienu diġà familjari mat-tim. Oħrajn ma kinux—inkluż wieħed imsejjaħ PSI3, li introduċa aktar minn dik il-varjazzjoni minn kwalunkwe kandidat ieħor.
Wara li identifika kontropartijiet ta 'dawk is-sitt ġeni f'Arabidopsis, a pjanta tal-fjuri komunement użati għall-istudju bijoloġija tal-pjanti, It-tim ipproċediet biex tordna mutanti: iż-żerriegħa ta 'Arabidopsis kull waħda nieqsa minn wieħed mis-sitt ġeni. Fis-sitta kollha tal-mutanti, il-protettur tal-mewġ kien ġeneralment kajman biex jirrispondu taħt id-dwal iżda wkoll aktar bil-mod biex jirrilassaw meta d-dwal ġew mitfija. Il-qċaċet NPQ kienu tipikament aktar baxxi, ukoll, u l-ħawt ogħla, u dan jissuġġerixxi li l-pjanti t-tnejn bafferew inqas kontra ż-żidiet u ħelew aktar mid-dawl disponibbli għall-fotosintesi.
L-identifikazzjoni ta’ dawk il-ġeni, flimkien ma’ l-ammont ta’ varjazzjoni naturali ta’ NPQ fuq linji ta’ qamħirrum, tista’ tiftaħ it-triq għat-tnissil. pjanti ferm aħjar biex tikkapitalizza fuq id-dawl tax-xemx li jsaħħaħ ir-rendiment, qalu r-riċerkaturi. Fl-aħjar każ, qal Schnable, dawk l-isforzi jistgħu jagħtu l-frott f'nofs tużżana ta' snin.
Jekk jagħmlu hekk, ir-riżultati jistgħu jkunu ta’ vantaġġ għal dawk li jrabbu l-uċuħ tar-raba’ li issa qed jinvestigaw il-possibbiltajiet kollha biex jipprekludu n-nuqqas ta’ ikel globali fid-deċennji li ġejjin.
"Nistgħu niksbu 22% ta 'dak ir-rendiment mill-uċuħ tar-raba', potenzjalment, jekk kellna nħaffu l-NPQ," qal Glowacka.
Minħabba li r-riċerkaturi taw bidu għall-istudju kmieni fl-2020, it-tentattivi tagħhom biex jgħinu biex titwaqqaf kriżi globali imminenti fisser li jittrattaw waħda kontemporanja. Tnejn mill-membri tat-tim, Seema Sahay u Marcin Grzybowski, kienu biss riċentament waslu l-Istati Uniti—riċentement biżżejjed li l-ebda wieħed minnhom kien għadu kiseb liċenzja tas-sewwieq. Qabel il-COVID-19, it-tnejn kienu jqabbdu karozzini lejn ir-Razzett tar-Riċerka Havelock.
Madankollu, il-protokolli tal-università ddisinjati biex inaqqsu t-tixrid tal-virus, iwaqqfu temporanjament dik l-għażla. Mingħajr qalbhom, Sahay u Grzybowski rrikorrew regolarment għal ċikliżmu bejn wieħed u ieħor seba 'mili 'l barra lejn ir-razzett tar-riċerka—trek ta' 30 minuta u aktar fost is-sħana u l-umdità ta 'sajf ta' Nebraska.
"Seema u Marcin," qal Glowacka, "huma l-eroj reali ta 'dan l-esperiment."
L-istudju huwa ppubblikat fil-ġurnal Phytologist Ġdid.