炎热的夜晚扰乱了大米的内部时钟

小楼下明亮的灯光 星空下的梯田

新研究阐明了炎热的夜晚如何抑制水稻的作物产量。

“从本质上讲,我们发现温暖的夜晚会使水稻植物的内部时钟失控,”北卡罗来纳州立大学生物化学副教授、该杂志上一篇论文的通讯作者科琳·多尔蒂 (Colleen Doherty) 说。 PNAS.

“大多数人认为植物不是动态的,但它们是。 植物不断地调节它们的生物过程——在黎明前为光合作用做准备,在下午晚些时候结束,精确地确定如何以及在哪里燃烧它们的能源。 植物很忙,很难从外面观察到所有这些活动。”

研究人员了解到,当夜晚比白天更热时,负责调节所有这些活动的时钟就会混乱。

“这不仅是一个有趣的科学问题,还是一个全球粮食安全问题。”

“我们已经知道气候变化正在导致全球气温升高,夜间气温上升速度快于白天气温,”多尔蒂说。 “我们也知道温暖的夜晚会伤害 水稻生产. 但直到现在,我们对为什么温暖的夜晚不利于大米了解甚少。

“我们仍然不知道所有细节,但我们正在缩小查看范围。”

解决水稻产量损失的研究很重要,因为水稻是每年养活数亿人的必需作物——而且因为 气候变化 对全球粮食安全构成挑战。

为了更好地了解温暖的夜晚如何影响水稻,Doherty 与同事合作,包括堪萨斯州立大学的 Krishna Jagadish 和国际水稻研究所的 Lovely Lawas,研究该领域的问题。 研究人员在菲律宾建立了两个研究地点。 他们使用陶瓷加热器或热量倾向于控制每个研究地点不同区域的温度。

Jagadish 领导的一个研究小组使用陶瓷加热器将实验地块保持在高于环境温度 2 摄氏度(3.6 华氏度)的温度,并在 24 小时内每三小时从水稻植株中取样。 对照地块不加热,但也在相同的 24 小时期间每三小时取样一次。 该团队将这些测试重复了四次。 他们后来使用加热帐篷来验证陶瓷加热器测试的结果。

与此同时,Doherty 领导的一个团队发现,当夜间温度较高时,有一千多个基因在“错误”的时间表达。 具体来说,更热的夜晚导致数百个基因——包括许多与光合作用相关的基因——在白天晚些时候变得活跃。 与此同时,数百个其他基因在晚上比平时更早地变得活跃,扰乱了最佳产量所需的微调时间。

“尚不清楚所有这些基因的作用,但很明显,这些相互冲突的时间表变化对植物不利,”多尔蒂说。

研究人员发现,许多受影响的基因受其他 24 个基因(称为转录因子)的调控。 在这 24 个转录因子中,有 XNUMX 个转录因子被认为最有希望用于未来的研究。

“我们需要做更多的工作来弄清楚这里到底发生了什么,这样我们才能开始培育能够抵御温暖夜晚的水稻,”Doherty 说。 “水稻是一种重要的粮食作物。 其他主要作物也受到炎热夜晚的影响——包括小麦。 这不仅是一个有趣的科学问题,还是一个全球粮食安全问题。”

这项工作得到了美国农业部的支持,并得到了国家粮食和农业研究所的资助。

来源: NC状态

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马特希普曼,北卡罗来纳州

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