Rola wapnia w rytmie okołodobowym U większości organizmów wyewoluował 24-godzinny zegar okołodobowy w reakcji na cykle zmiany światła i temperatury w ciągu doby. Zbadanie regulacji i kontroli zegara okołodobowego u roślin może pozwolić na uzyskanie lepszych plonów, co będzie bardzo ważne dla sektora spożywczego i energetycznego. Zmiana klimatu i środowisko © Thinkstock Zegar okołodobowy reguluje zdarzenia zachodzące na poziomie podkomórkowym, np. ekspresja genów i sygnałowanie komórkowe, które przejawiają się takimi zachowaniami, jak ruch liści lub żerowanie u organizmów wyższych. Struktura genetyczna sieci kontrolującej rytmy okołodobowe w małej kwitnącej roślinie Arabidopsis obejmuje centralny oscylator genetyczny. Dane wskazują, że oscylacje rytmu okołodobowego w stężeniu cytozolowego wapnia wolnego ([Ca2+]cyt) mogą regulować ekspresję genów związanych z zegarem okołodobowym. Naukowcy wykorzystali modelowanie matematyczne, biologię molekularną i biochemię, aby określić ewentualną rolę dynamiki [Ca2+]cyt w kontrolowaniu sieci okołodobowej. Dzięki dofinansowaniu ze środków UE projektu "The mechanism by which CML23/24 affects the circadian clock" (CIRCADIAN CLOCK) uczeni badali białka wiążące wapń — CML23 oraz CML24. Poznanie rytmów okołodobowych roślin może mieć istotne implikacje dla selektywnej hodowli roślin oraz zwiększenia wydajności uprawy roślin, zarówno tych przeznaczonych na żywność, jak i na biopaliwa. Naukowcy badali najważniejsze cele molekularne białek, interakcję białek oraz ich wpływ na funkcję oscylacji. Przyglądano się także potencjalnym interakcjom genetycznym między CML23/CML24 a genami odpowiedzialnymi za sygnałowanie zegara/światła. Naukowcy dowiedli, że białka wiążące Ca2+ uczestniczą w kontroli zegara okołodobowego w sposób zależny od Ca2+, prawdopodobnie pełniąc rolę czujników [Ca2+]cyt po związaniu Ca2+. Ponadto zespół przygotował zmutowane geny, aby zbadać, w jaki sposób białka te regulują zegar okołodobowy, i poznać czynniki wpływające na umiejscowienie CML23 i CML24 w tkankach i na poziomie podkomórkowym (cytozolowym i jądrowym). W pionierskich eksperymentach uczeni zidentyfikowali jedyne znane geny zegara okołodobowego, które reagują na [Ca2+]cyt, oraz uzyskali dowody na to, w którym miejscu łańcucha szklaku sygnałowego może do tego dochodzić. Wyniki badań CIRCADIAN CLOCK dostarczają ważnych informacji na temat roli CML23/CML24 i [Ca2+]cyt w działaniu zegara okołodobowego u gatunku Arabidopsis, a także związanej z tym procesem ekspresji genów. Lepsza znajomość rytmów okołodobowych może mieć kluczowe znaczenie dla uprawy wielu roślin. Biorąc pod uwagę szerokie działanie [Ca2+]cyt w ekspresji genów w ogóle, omawiane badania mogę mieć szersze implikacje dla wielu systemów i innych szlaków. Słowa kluczowe Zegar okołodobowy, rośliny, wydajność upraw, cytozolowy wapń, ekspresja genów, CML23, CML24
