Immersa in un mare rematu di i so fratelli, una foglia di granu relegata à u scalu più bassu di u so gambu passa a maiò parte di una dopu meziornu di ghjugnu inzuppata à l'ombra di i più alti.
Allora una raffica cumencia à spinghja, tira è torce l'ale di cera in cuncertu, crepa una finestra à a bola di focu chì si stende à 93 milioni di chilometri di distanza. Hè una prima, preziosa opportunità per a fotosintesi per trasfurmà a luce di u sole in alimentu. Sfurtunatamente, l'equivalente fotosinteticu di un protettore di surge - unu hà evolutu per aiutà e piante à mitigà i danni causati da spikes bruschi di luce d'alta intensità - hè lento à resetta dopu tantu tempu in l'ombra. U gustu dissipate, u mumentu passatu prima di a foglia è a so cucina cellulare pò prufittà.
L'estate di quelli minuti, ma l'oportunità mancate di cugliera a luce pò custà i campi di granu, è quelli chì li cultivanu, una parte considerableu di e racolte potenziali chì rendenu in u vaghjimu. Da pocu tempu identificà è misurà l'influenza di novu i genes chì regulanu u protettore di surge, l'Università di Nebraska-Lincoln Kasia Glowacka è i culleghi puderanu aiutà à aumentà quelli rendimenti da più di 20%.
Chì ùn hè micca per minimizzà l'impurtanza di a salvaguardia, chì porta u nome di quenching non-photochemical, o NPQ, è pò trasfurmà a luce in calore ogni volta chì una pianta assorbe più di l'antica di ciò chì pò mette versu a fotosintesi. Dopu tuttu, un fallimentu di cutà u circuitu biochimicu pò purtà à un accumulu tossicu di l'ossigenu ultra-reattivu chì dannu l'ADN è pò ancu tumbà una cellula. Ma a misura di sicurità hà un svantaghju: u più lento hè per rilassate è ripiglià lascià a fotosintesi di carburante luminoso assorbita, più di quella luce chì cuncede energia perde.
"Quandu pensate da a perspettiva di un cloroplastu in a cellula vegetale, a vita hè veramente difficiule ", disse Glowacka, prufissore assistente di biochimica in Nebraska. "Ogni pochi seconde, l'ambiente cambia".
In u 2016, Glowacka hà cuntribuitu à un studiu chì mostra chì a crescita di l'attività di trè geni particulari permette piante di tabaccu per accende è spegne NPQ à un ritmu assai più veloce, cuncedendu sia una megliu prutezzione è una fotosintesi più efficiente. Ddu tabacco, à u turnu, hà pruduttu foglie circa 20% più grande, cù simulazioni chì suggerenu chì ancu più guadagni puderanu esse pussibuli. A ricerca di seguitu hà truvatu chì a stessa tecnica puderia generà benefici simili in a soia - micca solu per e foglie, ma ancu i fasgioli.
Ma u tabacco è a soia impieganu una forma sfarente di fotosintesi da u granu, u sorgo, a canna di zuccheru è parechji altri culturi più adattati à e cundizioni calde è secche - i culturi chì i so rendimenti devenu aumentà per aiutà à alimentà i 10 miliardi di persone chì si aspettanu di pupulare u globu da u 2050. Glowacka si dumandava. se i geni chì codificanu per l'attività NPQ in unu puderanu ghjucà u listessu rolu in l'altru. Ancu s'ellu l'anu fattu, James Schnable di Glowacka è Nebraska hà pensatu chì ci deve esse altri geni chì aiutanu un prucessu cumplessu cum'è NPQ.
Avianu ragiò. A so scuperta hà cuminciatu cù u travagliu in i campi durante l'estate di u 2020 è u 2021, quandu a squadra hà piantatu più di 700 linee di granu geneticamente differenti in a Havelock Research Farm in u nordeste di Lincoln. U pianu di Glowacka: cercate e differenze in u rendiment NPQ trà e linee, poi pruvate à scopre quale geni eranu ultimamente rispunsevuli di queste differenze. Eppuru, i metudi esistenti per a misurazione di NPQ, Glowacka sapia, eranu caru è di tempu. In più di questu, anu luttatu per appiattà e disparità di ogni ghjornu in l'esposizione di ogni linea à a luce, putenzialmente arruvinendu a validità di qualsiasi scuperta.
Invece di stallà, Glowacka hà sviluppatu u so propiu metudu. A squadra hà utilizatu un punzone mudificatu per caccià campioni minusculi da e foglie di ogni linea in u campu. Torna in u laboratoriu, i circadori anu datu i campioni di tissuti quasi un ghjornu per adattà à u bughju, eventualmente misurà a so fluorescenza - un proxy per a fotosintesi è NPQ - prima è dopu l'esposizione à i lampi di luce. Invece di misurà una mostra ogni 20 minuti, a squadra hà sappiutu trattà 96 campioni in u listessu intervallu.
I circadori anu truvatu chì a velocità è a magnitudine di e risposti NPQ variavanu largamente trà e linee, un fattu chì hà aiutatu à facilità a ricerca di qualsiasi geni novi chì puderanu guidà quella variazione in u granu. Un paragone di e linee ' codice geneticu, cross-referenced contr'à e diffirenzii in u rendiment NPQ, eventualmente palesu sei candidati di geni promettenti. Parechji di quelli candidati eranu digià familiari à a squadra. L'altri ùn eranu micca, cumpresu unu chjamatu PSI3, chì hà introduttu più di quella variazione cà qualsiasi altru candidatu.
Dopu avè identificatu i contraparti di quelli sei geni in Arabidopsis, a pianta fiorita comunmente usatu per studià biologia vegetale, a squadra hà procedutu à l'urdinamentu di mutanti: Arabidopsis seeds ognuna manca unu di i sei genes. In tutti i sei di i mutanti, u protettore di surge era generalmente lento per risponde sottu à e luci, ma ancu più lento per rilassate quandu e luci eranu spente. I picchi NPQ eranu tipicamente più bassi, ancu, è i bassi più alti, chì suggerenu chì e piante sia buffered menu contr'à e surge è spulatu più di a luce dispunibule per a fotosintesi.
L'identificazione di questi geni, cumminata cù a quantità di variazioni naturali di NPQ in e linee di granu, puderia apre a strada per a ripruduzzione. i pianti assai megliu per capitalizà a luce di u sole chì aumenta u rendiment, anu dettu i circadori. In u megliu casu, Schnable hà dettu, questi sforzi puderanu darà fruttu in appena una meza duzina d'anni.
Se facenu, i risultati puderanu dimustrà un beneficu per i cultivatori di culturi chì avà investiganu tutte e pussibulità per preclude a penuria alimentaria globale in i decennii à vene.
"Pudemu guadagnà 22% di quellu rendimentu da i culturi, potenzalmentu, se avemu da accelerà u NPQ", disse Glowacka.
Dapoi chì i circadori anu iniziatu u studiu à principiu di u 2020, i so tentativi di aiutà à frenà una crisa globale imminente significava trattà cun una crisa cuntempuranea. Dui di i membri di a squadra, Seema Sahay è Marcin Grzybowski, eranu appena ghjunti in i Stati Uniti - pocu di pocu tempu chì nessunu avia ancu ottenutu una licenza di guida. Prima di COVID-19, i dui avianu fattu cavalcate à l'Havelock Research Farm.
I protokolli universitarii pensati per rallentà a diffusione di u virus, però, mettenu temporaneamente sta opzione in attesa. Indubbiati, Sahay è Grzybowski ricorrevanu regularmente à andà in bicicletta à circa sette chilometri à a splutazioni di ricerca - una caminata di più di 30 minuti in mezzo à u calore è l'umidità di l'estiu di u Nebraska.
"Seema è Marcin", disse Glowacka, "sò i veri eroi di stu esperimentu".
U studiu hè publicatu in a journal Novu Fitulogu.