Qardaşlarının yelləncək dənizində yuyulan qarğıdalı yarpağı, gövdəsinin ən aşağı pilləsinə endirilmiş bir iyun günortasının çox hissəsini yuxarıların kölgəsində səpərək keçirir.
Sonra külək 93 milyon mil uzaqlıqda fırlanan alov topunun pəncərəsini sındıraraq, mumlu qanadları itələməyə, çəkməyə və bükməyə başlayır. Bu, günəş işığını qidaya çevirmək üçün fotosintez üçün əsas, qiymətli fürsətdir. Təəssüf ki, yüksək intensivlikli işığın qəfil sıçrayışları nəticəsində bitkilərə zərərin azaldılmasına kömək etmək üçün inkişaf etdirilən bir dalğa qoruyucunun fotosintetik ekvivalenti kölgədə çox vaxt keçirdikdən sonra yavaş-yavaş bərpa olunur. Külək dağılar, yarpaq və onun hüceyrə mətbəxi faydalana bilməyəcək qədər vaxt keçdi.
Bir yay dəyəri olan bu dəqiqə, lakin işıq məhsulu əldə etmək üçün əldən verilmiş fürsətlər qarğıdalı tarlalarına və onları becərənlərə payızda verdikləri potensial məhsulun əhəmiyyətli bir hissəsinə başa gələ bilər. Bu yaxınlarda yeninin təsirini müəyyən etmək və ölçməklə genlər dalğalanma qoruyucusunu tənzimləyən Nebraska-Lincoln Universitetinin Kasia Glowacka və həmkarları bu məhsuldarlığı 20% -ə qədər artırmağa kömək edə bilər.
Bu, qeyri-fotokimyəvi söndürmə və ya NPQ adı ilə gedən və bir bitki fotosintezə verə biləcəyindən daha çox birincisini udduqda işığı istiliyə çevirə bilən mühafizənin əhəmiyyətini azaltmaq deyil. Biyokimyəvi dövrənin kəsilməməsi, nəticədə, DNT-ni zədələyən və hətta hüceyrəni öldürə bilən ultra-reaktiv oksigenin zəhərli yığılmasına səbəb ola bilər. Lakin təhlükəsizlik tədbirinin bir mənfi tərəfi var: udulmuş yüngül yanacaq fotosintezinə icazə vermək nə qədər yavaş olarsa, o, enerji verən işığı bir o qədər çox sərf edər.
“Bir xloroplast nöqteyi-nəzərindən düşünəndə bitki hüceyrəsi, həyat həqiqətən çətindir" dedi Nebraskada biokimya üzrə dosent Qlovakka. "Bir neçə saniyədən bir ətraf mühit dəyişir."
2016-cı ildə Glowacka üç xüsusi genin aktivliyini artırmağa icazə verdiyini göstərən bir araşdırmaya töhfə verdi. tütün bitkiləri NPQ-ni daha yüksək sürətlə yandırıb-söndürmək, ona həm daha yaxşı qorunma, həm də daha səmərəli fotosintez təmin etmək. Bu tütün, öz növbəsində, təxminən 20% daha böyük yarpaqlar istehsal etdi, simulyasiyalar daha böyük qazancın mümkün ola biləcəyini göstərir. Sonrakı araşdırmalar, eyni texnikanın soyada oxşar faydalar yarada biləcəyini göstərdi - yalnız yarpaqlar üçün deyil, lobya üçün də.
Lakin tütün və soya qarğıdalı, sorqo, şəkər qamışı və isti və quru şəraitə daha uyğun olan bir sıra digər bitkilərdən fərqli fotosintez formasından istifadə edir – 10-ci ilə qədər yer kürəsində məskunlaşacağı gözlənilən 2050 milyard insanın qidalanmasına kömək etmək üçün məhsuldarlığı artırılmalıdır. birində NPQ fəaliyyətini kodlayan genlər digərində eyni rolu oynaya bilərmi? Glowacka və Nebraskadan olan Ceyms Şnable belə hesab edirdi ki, NPQ kimi mürəkkəb bir prosesə kömək edən başqa genlər də olmalıdır.
Onlar haqlı idilər. Onların kəşfi 2020 və 2021-ci illərin yay aylarında, komandanın Linkolnun şimal-şərqindəki Havelock Araşdırma Farmında 700-dən çox genetik fərqli qarğıdalı əkdiyi zaman tarlalarda zəhmətlə başladı. Glowacka'nın planı: xətlər arasında NPQ performansındakı fərqləri axtarın, sonra bu fərqlərə hansı genlərin son olaraq cavabdeh olduğunu tapmağa çalışın. Yenə də NPQ ölçmək üçün mövcud üsullar, Glowacka bilirdi ki, bahalı və vaxt aparan idi. Bundan əlavə, onlar hər bir xəttin işığa məruz qalmasındakı gündəlik bərabərsizlikləri düzəltmək üçün mübarizə apardılar və potensial olaraq hər hansı tapıntının etibarlılığını korladılar.
Glowacka həll etmək əvəzinə öz metodunu inkişaf etdirdi. Komanda tarladakı hər xəttin yarpaqlarından kiçik nümunələr çıxarmaq üçün dəyişdirilmiş deşikdən istifadə etdi. Laboratoriyaya qayıdan tədqiqatçılar toxuma nümunələrinə qaranlığa uyğunlaşmaq üçün təxminən bir gün vaxt verdilər, nəticədə onların flüoresansını - fotosintez və NPQ üçün proksi - işıq parıltılarına məruz qalmadan əvvəl və sonra ölçdülər. Komanda hər 20 dəqiqədə bir nümunəni ölçmək əvəzinə, eyni müddət ərzində 96 nümunəni idarə edə bildi.
Tədqiqatçılar tapdılar ki, NPQ reaksiyalarının sürəti və miqyası xətlər arasında geniş şəkildə dəyişir, bu, qarğıdalıda bu dəyişikliyi potensial olaraq idarə edən hər hansı yeni genlərin axtarışını asanlaşdırmağa kömək etdi. Xətlərin müqayisəsi genetik kodu, NPQ performansındakı fərqlərə qarşı çarpaz istinad edərək, nəticədə altı perspektivli gen namizədini ortaya qoydu. Həmin namizədlərin bir neçəsi artıq komandaya tanış idi. Digərləri, o cümlədən, hər hansı digər namizəddən daha çox bu dəyişikliyi təqdim edən PSI3 adlı biri deyildi.
Arabidopsisdə bu altı genin analoqlarını müəyyən etdikdən sonra, a çiçəkli bitki öyrənmək üçün adətən istifadə olunur bitki biologiyası, komanda mutantlar sifariş etməyə davam etdi: Arabidopsis toxumlarının hər birində altı gendən biri yoxdur. Altı mutantın hamısında dalğalanma qoruyucusu ümumiyyətlə işıqlar altında reaksiya verməkdə ləng idi, lakin işıqlar söndürüldükdə daha yavaş istirahət edirdi. NPQ zirvələri də adətən daha aşağı, çuxurlar isə daha yüksək idi ki, bu da bitkilərin həm dalğalanmalara qarşı daha az bufer olduğunu, həm də fotosintez üçün mövcud olan işığın daha çoxunu israf etdiyini göstərir.
Bu genlərin identifikasiyası, qarğıdalı növlərində təbii NPQ variasiyasının miqdarı ilə birləşərək, yetişdirməyə yol aça bilər. bitkilər Tədqiqatçılar, məhsuldarlığı artıran günəş işığından istifadə etməkdə daha yaxşı olduğunu söylədi. Ən yaxşı halda, Schnable dedi ki, bu səylər yarım düzən il ərzində bəhrəsini verə bilər.
Əgər onlar bunu etsələr, nəticələr yaxın onilliklərdə qlobal ərzaq qıtlığının qarşısını almaq üçün bütün imkanları araşdıran məhsul yetişdiriciləri üçün bir nemət ola bilər.
"NPQ-ni sürətləndirsək, potensial olaraq məhsullardan 22% əldə edə bilərik" dedi Glowacka.
Tədqiqatçıların araşdırmaya 2020-ci ilin əvvəlində başladığını nəzərə alsaq, onların gözlənilən qlobal böhranın qarşısını almaq cəhdləri müasir böhranla məşğul olmaq demək idi. Komandanın iki üzvü Seema Sahay və Marcin Grzybowski ABŞ-a bu yaxınlarda gəlmişdilər - bu yaxınlarda heç biri sürücülük vəsiqəsi almamışdı. COVID-19-dan əvvəl, ikisi Havelock Tədqiqat Farmına səyahətə çıxacaqdılar.
Virusun yayılmasını yavaşlatmaq üçün hazırlanmış universitet protokolları bu seçimi müvəqqəti olaraq dayandırdı. Sahay və Qrzybowski cəsarətini almamış, müntəzəm olaraq tədqiqat fermasına təxminən yeddi mil məsafədə velosiped sürməyə müraciət edirdilər - Nebraska yayın istisi və rütubəti arasında 30 dəqiqəlik bir trek.
"Seema və Marcin" dedi Qlovakka, "bu təcrübənin əsl qəhrəmanlarıdır."
Tədqiqat jurnalda dərc olunur Yeni Fitoloq.