炎熱的夜晚擾亂了大米的內部時鐘

小樓下明亮的燈光 星空下的梯田

新研究闡明了炎熱的夜晚如何抑制水稻的作物產量。

“從本質上講,我們發現溫暖的夜晚會使水稻植物的內部時鐘失控,”北卡羅來納州立大學生物化學副教授、該雜誌上一篇​​論文的通訊作者科琳·多爾蒂 (Colleen Doherty) 說。 國家科學院院刊.

“大多數人認為植物不是動態的,但它們是動態的。 植物不斷地調節它們的生物過程——在黎明前為光合作用做準備,在下午晚些時候結束,精確地確定如何以及在哪裡燃燒它們的能源。 植物很忙,很難從外面觀察到所有這些活動。”

研究人員了解到,當夜晚比白天更熱時,負責調節所有這些活動的時鐘就會混亂。

“這不僅是一個有趣的科學問題,還是一個全球糧食安全問題。”

“我們已經知道氣候變化正在導致全球氣溫升高,夜間氣溫上升速度快於白天氣溫,”多爾蒂說。 “我們也知道溫暖的夜晚會傷害 水稻生產. 但直到現在,我們對為什麼溫暖的夜晚不利於大米了解甚少。

“我們仍然不知道所有細節,但我們正在縮小查看範圍。”

解決水稻產量損失的研究很重要,因為水稻是每年養活數億人的必需作物——而且因為 氣候變化 對全球糧食安全構成挑戰。

為了更好地了解溫暖的夜晚如何影響水稻,Doherty 與包括堪薩斯州立大學的 Krishna Jagadish 和國際水稻研究所的 Lovely Lawas 在內的同事合作,研究該領域的問題。 研究人員在菲律賓建立了兩個研究地點。 他們使用陶瓷加熱器或熱量傾向於操縱每個研究地點不同區域的溫度。

Jagadish 領導的一個研究小組使用陶瓷加熱器將實驗地塊保持在高於環境溫度 2 攝氏度(3.6 華氏度)的溫度,並在 24 小時內每三小時從水稻植株中取樣。 對照地塊不加熱,但也在相同的 24 小時期間每三小時取樣一次。 該團隊將這些測試重複了四次。 他們後來使用加熱帳篷來驗證陶瓷加熱器測試的結果。

與此同時,Doherty 領導的一個團隊發現,當夜間溫度較高時,有一千多個基因在“錯誤”的時間表達。 具體來說,更熱的夜晚導致數百個基因——包括許多與光合作用相關的基因——在白天晚些時候變得活躍。 與此同時,數百個其他基因在晚上比平時更早地變得活躍,擾亂了最佳產量所需的微調時間。

“尚不清楚所有這些基因的作用,但很明顯,這些相互衝突的時間表變化對植物不利,”多爾蒂說。

研究人員發現,許多受影響的基因受其他 24 個基因(稱為轉錄因子)的調控。 在這 24 個轉錄因子中,有 XNUMX 個轉錄因子被認為最有希望用於未來的研究。

“我們需要做更多的工作來弄清楚這裡到底發生了什麼,這樣我們才能開始培育能夠抵禦溫暖夜晚的水稻,”多爾蒂說。 “水稻是重要的糧食作物。 其他主要作物也受到炎熱夜晚的影響——包括小麥。 這不僅是一個有趣的科學問題,還是一個全球糧食安全問題。”

這項工作得到了美國農業部的支持,並得到了國家糧食和農業研究所的資助。

資源: NC狀態

關於作者

馬特希普曼,北卡羅來納州

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