Awash yn in roeide see fan syn bruorren, in mais blêd degradearre nei de leechste rung fan syn stâle besteget in protte fan in juny middei doused yn skaad cast troch de hegere-ups.
Dan begjint in gust de waaksige wjukken yn konsert te triuwen, te lûken en te draaien, in rút te kraken nei de fjoerbal dy't 93 miljoen kilometer fuort rôlet. It is in prime, kostbere kâns foar fotosynteze om it sinneljocht yn iten te transformearjen. Spitigernôch is it fotosyntetyske ekwivalint fan in surgebeskermer - ien dy't ûntwikkele is om planten te helpen skea oandreaun troch hommelse spikes fan ljocht mei hege yntinsiteit - stadich te resetten nei safolle tiid yn it skaad. De gust ferdwynt, it momint fuort foar it blêd en syn sellulêre keuken kinne profitearje.
In simmerwearde fan dy minút, mar miste kânsen om ljocht te rispjen, kinne maisfjilden kostje, en dejingen dy't se pleatse, in grut part fan 'e potinsjele rispingen dy't se yn 'e hjerst opleverje. Troch koartlyn identifisearje en mjitten de ynfloed fan nije genen dy't de surgebeskermer regelje, de Universiteit fan Nebraska–Lincoln's Kasia Glowacka en kollega's kinne helpe om dizze opbringsten mei omheech fan 20% te ferheegjen.
Wat net is om it belang fan 'e beskerming te ferleegjen, dy't troch de namme fan net-fotogemyske quenching, of NPQ giet, en ljocht kin transformearje nei waarmte as in plant mear fan it eardere opnimt dan it kin sette nei fotosynteze. In mislearring om it biogemyske circuit te snijen, kin ommers liede ta in giftige opbou fan ultra-reaktive soerstof dy't DNA skea en sels in sel kin deadzje. Mar de feiligensmaatregel hat in neidiel: hoe stadiger it is om te ûntspannen en troch te gean mei it litten fan it absorbearre ljocht brânstof fotosynteze, hoe mear fan dat enerzjyferlienende ljocht it fergriemt.
"As jo tinke út it perspektyf fan in chloroplast yn in plantesel, it libben is echt lestich," sei Glowacka, assistint heechlearaar biogemy by Nebraska. "Elke pear sekonden feroaret de omjouwing."
Yn 2016 droech Glowacka by oan in stúdzje dy't oantoand dat it fergrutsjen fan de aktiviteit fan trije bepaalde genen tastien tabak planten om NPQ yn in folle flugger tempo oan en út te skeakeljen, en it jaan fan sawol bettere beskerming as effisjinter fotosynteze. Dy tabak produsearre op syn beurt blêden sawat 20% grutter, mei simulaasjes dy't suggerearje dat noch gruttere winsten mooglik wêze kinne. Ferfolchûndersyk fûn dat deselde technyk ferlykbere foardielen koe generearje yn sojabean - net allinich foar blêden, mar ek foar de beanen.
Mar tabak en soja brûke in oare foarm fan fotosynteze dan mais, sorghum, sûkerriet en ferskate oare gewaaksen dy't better geskikt binne foar waarme en droege omstannichheden - gewaaksen wêrfan de opbringsten moatte tanimme om te helpen de 10 miljard minsken te fieden dy't ferwachte wurde de wrâld te befolkjen troch 2050. Glowacka frege har ôf oft de genen dy't kodearre foar NPQ-aktiviteit yn ien dy't deselde rol spylje kinne yn 'e oare. Sels as se dat diene, fûnen Glowacka en Nebraska's James Schnable dat d'r oare genen moatte wêze dy't helpe in proses sa kompleks as NPQ.
Se hiene gelyk. Harren ûntdekking begon mei it wurk op 'e fjilden yn' e simmers fan 2020 en 2021, doe't it team mear dan 700 genetysk ferskillende rigels mais plante op 'e Havelock Research Farm yn it noardeasten fan Lincoln. Glowacka's plan: sykje nei ferskillen yn NPQ-prestaasjes tusken de rigels, besykje dan te plagen hokker genen úteinlik ferantwurdlik wiene foar dy ferskillen. Dochs wiene de besteande metoaden foar it mjitten fan NPQ, wist Glowacka, djoer en tiidslinend. Mear dan dat, se stride om deistige ferskillen yn 'e bleatstelling fan elke line oan ljocht út te flakken, wêrtroch't de jildigens fan elke befinings mooglik bedjerre.
Yn plak fan te regeljen, ûntwikkele Glowacka har eigen metoade. It team brûkte in oanpast gat-punch om lytse monsters te ekstrahearjen fan 'e blêden fan elke line yn it fjild. Werom yn it laboratoarium joegen de ûndersikers de weefselmonsters hast in dei om oan te passen oan it tsjuster, en mjitten úteinlik har fluoreszinsje - in proxy foar fotosynteze en NPQ - foar en nei it bleatstellen fan se oan ljochtflitsen. Ynstee fan ien stekproef elke 20 minuten te mjitten, koe it team 96 samples oer deselde span behannelje.
De ûndersikers fûnen dat de snelheid en de omfang fan NPQ-antwurden in protte farieare tusken de rigels, in feit dat holp it sykjen nei nije genen dy't potinsjeel dy fariaasje yn mais kinne driuwe makliker te meitsjen. In ferliking fan 'e rigels' genetysk code, Cross-referenced tsjin de ferskillen yn NPQ prestaasjes, úteinlik iepenbiere seis promovende gene kandidaten. Ferskate fan dy kandidaten wiene it team al bekend. Oaren wiene net - ynklusyf ien neamd PSI3, dy't mear fan dy fariaasje yntrodusearre as hokker oare kandidaat.
Nei it identifisearjen fan tsjinhingers fan dy seis genen yn Arabidopsis, a bloeiende plant faak brûkt om te studearjen plant biology, gie it team troch om mutanten te bestellen: Arabidopsis-sieden dy't elk ien fan 'e seis genen misse. Yn alle seis mutanten wie de surgebeskermer oer it algemien traach om te reagearjen ûnder de ljochten, mar ek stadiger om te ûntspannen as de ljochten útstutsen waarden. De NPQ-pieken wiene ek typysk leger, en de dalen heger, wat suggerearret dat de planten beide minder buffere tsjin surges en mear fan it ljocht dat beskikber wie foar fotosynteze fergrieme.
De identifikaasje fan dy genen, kombinearre mei de hoemannichte natuerlike NPQ-fariaasje oer maislinen, koe de wei iepenje foar fokken planten folle better yn kapitalisearjen op opbringst-fersterkjen fan sinneljocht, sei de ûndersikers. Yn it bêste gefal, sei Schnable, kinne dy ynspanningen oer in heale tsiental jier frucht komme.
As se dogge, kinne de resultaten in seing bewize foar gewaaksfokkers dy't no alle mooglikheden ûndersykje om wrâldwide fiedseltekoarten yn 'e kommende desennia foar te kommen.
"Wy kinne 22% fan dy opbringst krije fan 'e gewaaksen, mooglik, as wy de NPQ soene fersnelle," sei Glowacka.
Sjoen dat de ûndersikers de stúdzje betiid yn 2020 begûnen, betsjutten har besykjen om in driigjende wrâldwide krisis te bestriden, omgean mei in hjoeddeistige krisis. Twa fan de teamleden, Seema Sahay en Marcin Grzybowski, wiene pas koartlyn yn 'e Feriene Steaten oankommen - koartlyn genôch dat gjinien noch in rydbewiis hie helle. Foarôfgeand oan COVID-19 soene de twa ritten hawwe makke nei de Havelock Research Farm.
Universiteitsprotokollen ûntworpen om de fersprieding fan it firus te tragen, sette dizze opsje lykwols tydlik yn wacht. Sahay en Grzybowski, sûnder mis, rieden geregeldwei sân milen út nei de ûndersykspleats te fytsen - in 30-plus-minute trek te midden fan 'e waarmte en fochtigens fan in simmer yn Nebraska.
"Seema en Marcin," sei Glowacka, "binne de echte helden fan dit eksperimint."
De stúdzje wurdt publisearre yn it tydskrift Nije fytolooch.