Ученые доказали это на генетически модифицированных тополях в долгосрочном исследовании.
Новое исследование Университета Умео показало, что циркадные часы деревьев управляют их ростом и временем сезонных событий, таких как появление листьев весной.
Исследователи изучили рост генетически модифицированных тополей в тепличных и полевых условиях, сочетая методы статистического обучения и биологии растений. Их выводы, опубликованные в npj Biological Timing and Sleep, предполагают, что корректировка генов, связанных с часами, может помочь деревьям лучше синхронизироваться с меняющимся климатом, открывая новые возможности для лесного хозяйства.
У деревьев, как и у людей, есть циркадные часы, которые регулируют их суточные и сезонные ритмы. Исследования показали, что эти часы важны для регулирования роста и времени важных сезонных событий, таких как, например, формирование почек осенью и их распускание весной.
Однако большая часть этих исследований проводилась в контролируемых тепличных условиях, а не на открытом воздухе, где растения подвергаются воздействию естественных условий окружающей среды. В полевых условиях, как и в реальном мире, колебания температуры, хищничество насекомых и другие факторы влияют на рост растений.
Чтобы решить эту проблему, ученые провели обширное исследование на основе 68 линий тополя с различными измененными свойствами. Среди измененных генов было много генов, связанных с циркадными часами. Рост этих деревьев изучался в ходе многочисленных тепличных и полевых экспериментов в течение нескольких лет. Результаты ясно показали, что циркадные часы играют важную роль в регулировании роста деревьев и определении сроков сезонных событий в жизни дерева, таких как распускание листьев.
«Наше исследование впервые объединило наборы данных, полученных в результате тепличных и полевых исследований, чтобы показать, что многочисленные аспекты системы циркадных часов влияют на рост деревьев и сроки событий жизненного цикла. Применив статистическое моделирование к этим наборам данных, мы смогли определить, какие гены, связанные с циркадными часами, влияют на рост деревьев или, например, на время появления или изменения цвета листьев», - говорит Бертольд Мариен, ведущий автор исследования.
Исследование дает новый взгляд на то, как деревья используют свои циркадные часы для координации своего роста с окружающей средой. Например, определенные генетические модификации в ключевых регуляторах часов изменили восприятие деревьями продолжительности дня и позволили деревьям продолжать расти и в более поздний период сезона.
«Это исследование является подтверждением концепции, что деревья, приученные к определенной продолжительности дня на определенной широте, могут адаптироваться к новой широте, эффективно продлевая свой вегетационный период. Это особенно полезно в более высоких широтах, например, в Северной Швеции, где короткие вегетационные периоды ограничивают производство древесины», - объясняет Мария Э. Эрикссон, последний автор исследования.
Кроме того, некоторые генные модификации улучшили устойчивость деревьев к колебаниям окружающей среды. Сосредоточившись на этих конкретных генах, можно было бы вывести сорта деревьев, которые лучше приспособлены к быстрым изменениям местного климата и к новым местам произрастания, например, в других широтах.
«В будущем управление лесным хозяйством можно будет улучшить, интегрировав циркадные часы деревьев и их естественные циклы роста с традиционными методами. Таким образом, рост и устойчивость деревьев можно будет оптимизировать в меняющемся мире», - говорит Эрикссон.
Помимо последствий для лесного хозяйства, исследование также имеет значение для глобальных моделей растительности, которые предсказывают рост лесов и хранение углерода. «Важность часов в формировании чувствительности деревьев к условиям окружающей среды часто недооценивается в этих моделях. Правильно включив наши выводы о циркадных часах в глобальные модели растительности, мы сможем улучшить прогнозы того, как леса будут реагировать на изменение климата», - заключает Эрикссон.
Источник: Umea University. Автор: Габриэль Бинс Пикон. На фото - Джун Ю, Мария Э. Эрикссон и Бертольд Мариен осматривают саженцы тополя. Автор фото: Габриэль Бинс Пикон.