Spanische Biologen haben eine Genkette entdeckt, die Pflanzenwachstumsgene und "Bioclock" verbindet, und ihre Arbeit in der DNA des Kohlverwandten so verändert, dass er Tag und Nacht zu wachsen begann, wie in der Zeitschrift Current Biology veröffentlicht.
„Wir haben festgestellt, dass PRR-Proteine nicht nur für die innere Uhr der Pflanzen verantwortlich sind, sondern auch für die Unterdrückung der mit ihrem Wachstum verbundenen Gene. Jetzt wissen wir, wie Biorhythmen das Pflanzenwachstum beeinflussen, was aus agronomischer Sicht äußerst wichtig ist “, sagt Guiomar Martín vom Zentrum für Agrargenomik in Barcelona, Spanien.
Die Gene, die den zirkadianen Rhythmus des menschlichen Körpers bestimmen, wurden bereits in den 90er Jahren des letzten Jahrhunderts identifiziert. Ähnliche Gene finden sich im Genom aller Pflanzen und Tiere. Diese Abschnitte der DNA steuern viele Prozesse - die Zeit des Schlafes und des Wachsamkeitszustands, das Öffnen von Blumen, die Suche nach Nahrung und andere periodische Phänomene im Leben von Lebewesen.
Wissenschaftler haben lange versucht, DNA-Regionen zu finden, die Biorhythmen und Wachstumsgene im Genom von Vertretern der Flora verbinden, da ihre Entdeckung „immer größer werdende“Sorten landwirtschaftlicher Nutzpflanzen hervorbringen und das Problem des Hungers lösen wird. Martin und seine Kollegen machten den ersten Schritt zur Lösung dieses Problems, indem sie die erste "Sorte" von Arabidopsis (Arabidopsis thaliana), einem wilden Verwandten von Kohl, mit ähnlichen DNA-Modifikationen herstellten.
Arabidopsis wächst wie viele andere Pflanzen hauptsächlich in den Morgenstunden, wenn der Feuchtigkeitsgehalt im Boden und in der Luft für das Wachstum optimal ist, und ändert sich tagsüber und in der ersten Hälfte der Nacht fast nicht. Sein Wachstum wird durch das PIF-Gen und -Protein "orchestriert", dessen Moleküle unter dem Einfluss von Licht zerfallen und sich nachts in Pflanzenzellen ansammeln. Wissenschaftler fragen sich seit mehreren Jahren, warum PIF den Stamm von Arabidopsis nur in den Morgenstunden wachsen lässt, obwohl seine Konzentration unmittelbar nach Sonnenuntergang hoch wird.
Vor zwei Jahren, so Martin, entdeckten seine Kollegen im Zentrum einen ungewöhnlichen Zusammenhang zwischen der Konzentration von PIF und einem anderen Protein, dem PRR1-Molekül, einem der vielen Bestandteile der Biouhr der Pflanze. Wenn der Anteil von PRR1 in Pflanzenzellen maximal hoch war, fehlte das "Wachstumssignal" in ihnen fast vollständig, und umgekehrt - wenn PIF-Moleküle in den Zellen vorhanden waren, war die Aktivität des "Bioclock" maximal verringert.
Anhand der Ergebnisse von Kollegen versuchten Martin und sein Team herauszufinden, welche Genketten sowohl von PIF als auch von PRR1 gesteuert werden, und sie durch Beobachtung von Änderungen des Aktivitätsniveaus verschiedener Gene zu verschiedenen Tageszeiten zu finden.
Wie sich herausstellte, ist nur ein Gen, CDF5, für das Wachstum des Arabidopsis-Stammes verantwortlich, dessen Arbeit PIF stimuliert und PRR1 und eine Reihe anderer Proteine und Gene unterdrückt, die mit der Funktion von Pflanzenbiorhythmen verbunden sind. Als Wissenschaftler die Struktur von CDF5 änderten, begann Arabidopsis im Laufe des Tages zu wachsen, wodurch die Stammlänge einer solchen GVO-Pflanze etwa 1,5 bis 2 Mal länger war als die ihrer wilden Verwandten.
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Genetiker schlagen vor, dass Bioclock die Arbeit anderer Gene auf ähnliche Weise steuert, die für das Wachstum von Stielen, Wurzeln, Früchten und Blüten verantwortlich sind. Durch ihre Änderung werden die Ernteerträge erhöht und die Flora zu einer attraktiveren Biomassequelle für die Kraftstoff- und Chemieproduktion.
