O'z birodarlarining qatorli dengizida sho'ng'ib, poyasining eng past pog'onasiga tushirilgan makkajo'xori bargi iyun oyi tushdan keyin ko'p qismini yuqoriroqlar soyasida o'tkazadi.
Keyin shamol mumsimon qanotlarni itarib, tortib va buralib, 93 million mil uzoqlikda yonayotgan olov sharining derazasini yorib yubora boshlaydi. Bu quyosh nurini oziq-ovqatga aylantirish uchun fotosintez uchun asosiy, qimmatli imkoniyatdir. Afsuski, o'simliklarga yuqori intensiv yorug'likning to'satdan ko'tarilishidan kelib chiqadigan zararni yumshatishga yordam berish uchun ishlab chiqilgan fotosintetik ekvivalenti - ko'p vaqtdan keyin soyada tiklanadi. Shamol tarqaladi, barg va uning uyali oshxonasi foyda olishdan oldin o'tgan lahza.
Yozning o'sha daqiqali, lekin o'tkazib yuborilgan o'rim-yig'im imkoniyatlari makkajo'xori dalalariga qimmatga tushishi mumkin, ularni dehqonlar esa kuzda olishlari mumkin bo'lgan hosilning katta qismini oladi. Yaqinda yangilarning ta'sirini aniqlash va o'lchash orqali genlar Nebraska-Linkoln universitetining Kasia Glovakka va uning hamkasblari kuchlanishdan himoyalanishni tartibga soluvchi ushbu rentabellikni 20% ga oshirishga yordam berishi mumkin.
Bu fotokimyoviy bo'lmagan söndürme yoki NPQ nomi bilan ataladigan himoyaning ahamiyatini kamaytirmaydi va o'simlik fotosintezga qo'yganidan ko'ra ko'proq narsani o'zlashtirganda yorug'likni issiqlikka aylantira oladi. Oxir oqibat, biokimyoviy kontaktlarning zanglashiga olib kelmaslik DNKga zarar etkazadigan va hatto hujayrani o'ldirishi mumkin bo'lgan ultra-reaktiv kislorodning toksik birikmasiga olib kelishi mumkin. Ammo xavfsizlik chorasining salbiy tomoni bor: dam olish va so'rilgan yorug'lik yoqilg'isining fotosintezini davom ettirish qanchalik sekin bo'lsa, energiya beruvchi yorug'lik shunchalik ko'p sarflanadi.
“Agar siz xloroplast nuqtai nazaridan fikr yuritsangiz o'simlik hujayrasi, hayot haqiqatan ham qiyin ”, dedi Nebraskadagi biokimyo kafedrasi dotsenti Glovakka. "Har bir necha soniyada atrof-muhit o'zgarib bormoqda."
2016 yilda Glovacka uchta alohida gen faolligini oshirishga ruxsat berishini ko'rsatadigan tadqiqotga hissa qo'shgan. tamaki o'simliklari NPQ-ni tezroq yoqish va o'chirish, uni ham yaxshi himoya qilish, ham samaraliroq fotosintez qilish imkonini beradi. Bu tamaki, o'z navbatida, taxminan 20% kattaroq barglarni ishlab chiqardi, simulyatsiyalar esa bundan ham kattaroq daromad olish mumkinligini ko'rsatmoqda. Keyingi tadqiqotlar shuni ko'rsatdiki, xuddi shu usul soyada o'xshash foyda keltirishi mumkin - nafaqat barglar uchun, balki loviya uchun ham.
Biroq tamaki va soya fasulyesi makkajo‘xori, jo‘xori, shakarqamish va issiq va quruq sharoitga mos keladigan boshqa ekinlarga qaraganda fotosintezning boshqa shaklini qo‘llaydi – 10 yilga kelib dunyo aholisi bo‘lishi kutilayotgan 2050 milliard odamni boqish uchun hosildorligi oshishi kerak. Birida NPQ faolligini kodlagan genlar boshqasida xuddi shunday rol o'ynashi mumkinmi? Glowacka va Nebraskadan Jeyms Shnable shunday bo'lgan taqdirda ham, NPQ kabi murakkab jarayonga yordam beradigan boshqa genlar bo'lishi kerakligini aniqladi.
Ular haq edi. Ularning kashfiyoti 2020 va 2021 yil yozlarida dalalarda mehnat qilishdan boshlandi, o‘shanda jamoa Linkoln shimoli-sharqidagi Havelok tadqiqot fermasida 700 dan ortiq genetik jihatdan turli xil makkajo‘xori ekilgan. Glowackaning rejasi: chiziqlar orasidagi NPQ ishlashidagi farqlarni qidiring, so'ngra bu farqlar uchun qaysi genlar oxir-oqibat javobgar bo'lganini aniqlashga harakat qiling. Shunday bo'lsa-da, NPQni o'lchashning mavjud usullari, Glowacka bilar edi, qimmat va vaqt talab qiladi. Bundan tashqari, ular har bir chiziqning yorug'lik ta'siridagi kundalik nomutanosibliklarni tekislash uchun kurashdilar, bu esa har qanday topilmaning haqiqiyligini buzishi mumkin edi.
Glowacka hal qilish o'rniga, o'z uslubini ishlab chiqdi. Jamoa daladagi har bir chiziq barglaridan mayda namunalarni olish uchun o'zgartirilgan teshikdan foydalangan. Laboratoriyaga qaytib, tadqiqotchilar to'qimalar namunalariga qorong'ilikka moslashish uchun deyarli bir kun vaqt berishdi va oxir-oqibat ularning floresansini - fotosintez va NPQ uchun proksi - yorug'lik chaqnashlaridan oldin va keyin o'lchashdi. Har 20 daqiqada bitta namunani o'lchash o'rniga, jamoa bir xil vaqt oralig'ida 96 ta namunani qayta ishlashga muvaffaq bo'ldi.
Tadqiqotchilar NPQ javoblarining tezligi va kattaligi qatorlar orasida keng farq qilishini aniqladilar, bu makkajo'xori o'zgarishiga olib keladigan har qanday yangi genlarni qidirishni osonlashtirishga yordam berdi. Chiziqlarni taqqoslash genetik kod, NPQ ishlashidagi farqlarga nisbatan o'zaro bog'liq holda, oxir-oqibat oltita istiqbolli gen nomzodlarini aniqladi. Bu nomzodlarning bir qanchasi jamoaga allaqachon tanish edi. Boshqalar, shu jumladan, PSI3 deb nomlangan, boshqa nomzodlarga qaraganda ko'proq o'zgarishlarni taqdim etgan.
Arabidopsisdagi ushbu olti genning o'xshashlarini aniqlagandan so'ng, a gullaydigan o'simlik odatda o'rganish uchun ishlatiladi o'simliklar biologiyasi, jamoa mutantlarga buyurtma berishni boshladi: Arabidopsis urug'larining har birida oltita gendan bittasi yo'q. Oltita mutantning barchasida kuchlanishdan himoya qiluvchi chiroqlar ostida javob berishda sustroq edi, lekin chiroqlar o'chirilganda bo'shashishi sekinroq edi. NPQ cho'qqilari odatda pastroq va pastliklar balandroq bo'lgan, bu o'simliklarning kuchlanishdan kamroq buferlanishini va fotosintez uchun mavjud bo'lgan yorug'likni ko'proq isrof qilishini ko'rsatadi.
Ushbu genlarning identifikatsiyasi makkajo'xori navlari bo'ylab tabiiy NPQ o'zgarishi miqdori bilan birgalikda naslchilikka yo'l ochishi mumkin. o'simliklar tadqiqotchilarning ta'kidlashicha, rentabellikni oshiruvchi quyosh nuridan foydalanishda ancha yaxshi. Eng yaxshi holatda, Shnablening so'zlariga ko'ra, bu harakatlar yarim o'n yil ichida o'z samarasini berishi mumkin.
Agar shunday bo'lsa, natijalar kelgusi o'n yilliklarda global oziq-ovqat tanqisligini oldini olish uchun barcha imkoniyatlarni o'rganayotgan ekin selektsionerlari uchun ne'mat bo'lishi mumkin.
"Agar biz NPQni tezlashtirsak, potentsial ravishda hosilning 22 foizini ekinlardan olishimiz mumkin", dedi Glovacka.
Tadqiqotchilar tadqiqotni 2020-yil boshida boshlaganliklarini hisobga olsak, ularning yaqinlashib kelayotgan global inqirozni to'xtatishga yordam berish urinishlari zamonaviy inqiroz bilan shug'ullanishni anglatadi. Jamoaning ikki a'zosi, Seema Sahay va Marcin Grjibowski, yaqinda Qo'shma Shtatlarga kelishgan edi - yaqinda hech biri haydovchilik guvohnomasini olmagan edi. COVID-19 dan oldin ikkalasi Havelock tadqiqot fermasida sayohat qilishgan.
Virus tarqalishini sekinlashtirish uchun ishlab chiqilgan universitet protokollari bu imkoniyatni vaqtincha to'xtatib qo'ydi. Sahay va Grjibowski bunga to'sqinlik qilmagan holda muntazam ravishda tadqiqot fermasiga yetti mil uzoqlikda velosipedda harakat qilishdi - Nebraska yozining issiqligi va namligida 30 daqiqadan ortiq yo'l.
"Seema va Markin, - dedi Glovacka, - bu tajribaning haqiqiy qahramonlari."
Tadqiqot jurnalda chop etiladi Yangi fitolog.