Secondo un articolo pubblicato sulla rivista Current Biology, i biologi spagnoli hanno scoperto una catena genetica che collega i geni della crescita delle piante e il "bioclock" e hanno modificato il suo lavoro nel DNA del parente del cavolo in modo che inizi a crescere durante il giorno e la notte.
“Abbiamo scoperto che le proteine PRR sono responsabili non solo dell'orologio interno delle piante, ma anche della soppressione dei geni associati alla loro crescita. Ora sappiamo come i bioritmi influenzano la crescita delle piante, che è estremamente importante dal punto di vista agronomico , afferma Guiomar Martín del Centro di genomica agricola di Barcellona, in Spagna.
I geni che determinano i ritmi circadiani del corpo umano sono stati identificati negli anni '90 del secolo scorso. Geni simili si trovano nei genomi di tutte le piante e gli animali. Queste sezioni del DNA controllano molti processi: il tempo del sonno e della veglia, l'apertura dei fiori, la ricerca di cibo e altri fenomeni periodici nella vita degli esseri viventi.
Gli scienziati hanno cercato a lungo di trovare regioni del DNA che colleghino bioritmi e geni della crescita nei genomi dei rappresentanti della flora, poiché la loro scoperta creerà varietà "in continua crescita" di colture agricole e risolverà il problema della fame. Martin ei suoi colleghi hanno compiuto il primo passo verso la risoluzione di questo problema creando la prima "varietà" di Arabidopsis thaliana, un parente selvatico del cavolo, con modificazioni del DNA simili.
L'Arabidopsis, come molte altre piante, cresce in lunghezza principalmente nelle ore precedenti all'alba, quando il livello di umidità nel suolo e nell'aria è ottimale per la crescita, e quasi non cambia durante il giorno e nella prima metà della notte. La sua crescita è "orchestrata" dal gene e dalla proteina PIF, le cui molecole si decompongono sotto l'influenza della luce e si accumulano nelle cellule vegetali durante la notte. Gli scienziati si sono chiesti da diversi anni perché il PIF faccia crescere il fusto dell'Arabidopsis solo nelle ore precedenti l'alba, nonostante il fatto che la sua concentrazione diventi elevata subito dopo il tramonto.
Due anni fa, osserva Martin, i suoi colleghi del centro hanno scoperto un insolito legame tra la concentrazione di PIF e un'altra proteina, la molecola PRR1, uno dei tanti componenti del bioclock della pianta. Quando la proporzione di PRR1 nelle cellule vegetali era al massimo alto, il "segnale di crescita" era quasi completamente assente in esse, e viceversa - quando le molecole PIF erano presenti nelle cellule, l'attività del "bioclock" veniva ridotta al massimo.
Utilizzando i risultati dei colleghi, Martin e il suo team hanno cercato di capire quali catene geniche sono controllate sia da PIF che da PRR1 e hanno cercato di trovarle osservando i cambiamenti nel livello di attività di diversi geni in diversi momenti della giornata.
Come si è scoperto, solo un gene, CDF5, è responsabile della crescita dello stelo di Arabidopsis, il cui lavoro stimola il PIF e sopprime PRR1 e una serie di altre proteine e geni associati al funzionamento dei bioritmi delle piante. Quando gli scienziati hanno cambiato la struttura di CDF5, l'Arabidopsis ha iniziato a crescere durante il giorno, a causa della quale la lunghezza dello stelo di una tale pianta OGM era circa 1,5-2 volte più lunga di quella dei suoi parenti selvatici.
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I genetisti suggeriscono che il bioclock controlla il lavoro di altri geni in modo simile, che sono responsabili della crescita di steli, radici, frutti e fiori. Modificarli aumenterà i raccolti e renderà la flora una fonte più attraente di biomassa per la produzione di combustibili e prodotti chimici.
