Yn ymffrostio mewn môr rhesog o'i frodyr, mae deilen ŷd wedi'i disgyn i'r gris isaf o'i choesyn yn treulio rhan helaeth o brynhawn Mehefin wedi'i dosio mewn cysgod a daflwyd gan y rhai uwch.
Yna mae llu yn dechrau gwthio, tynnu a throelli'r adenydd cwyraidd gyda'i gilydd, gan gracio ffenestr i'r pelen dân sy'n crwydro 93 miliwn o filltiroedd i ffwrdd. Mae'n gyfle gwych, gwerthfawr i ffotosynthesis drawsnewid golau'r haul yn fwyd. Yn anffodus, mae'r hyn sy'n cyfateb i ffotosynthetig amddiffynwr ymchwydd - un a ddatblygwyd i helpu planhigion i liniaru difrod a yrrir gan bigau sydyn o olau dwysedd uchel - yn araf i ailosod ar ôl cymaint o amser yn y cysgod. Mae'r gust yn diflannu, yr eiliad a aeth cyn y gall y ddeilen a'i chegin gellog fanteisio.
Gall gwerth haf o'r munudau hynny ond colli cyfleoedd i gynaeafu golau gostio caeau ŷd, a'r rhai sy'n eu ffermio, gyfran sylweddol o'r cynaeafau posibl y maent yn ei gynhyrchu yn yr hydref. Trwy adnabod a mesur dylanwad y newydd yn ddiweddar genynnau sy'n rheoleiddio'r amddiffynnydd ymchwydd, gallai Kasia Glowacka o Brifysgol Nebraska-Lincoln a chydweithwyr helpu i gynyddu'r cynnyrch hynny gan i fyny o 20%.
Sydd ddim i ddiystyru pwysigrwydd y diogelwch, sy'n mynd o'r enw diffodd anffotocemegol, neu NPQ, ac a all drawsnewid golau i wres pryd bynnag y mae planhigyn yn amsugno mwy o'r cyntaf nag y gall ei roi tuag at ffotosynthesis. Gall methiant i dorri'r gylched biocemegol, wedi'r cyfan, arwain at groniad gwenwynig o ocsigen uwch-adweithiol sy'n niweidio DNA a gall hyd yn oed ladd cell. Ond mae anfantais i'r mesur diogelwch: Po arafaf yw hi i ymlacio ac ailddechrau gadael i'r ffotosynthesis tanwydd ysgafn wedi'i amsugno, y mwyaf o'r golau sy'n rhoi ynni y mae'n ei wastraffu.
“Pan fyddwch chi'n meddwl o safbwynt cloroplast mewn a cell planhigyn, mae bywyd yn anodd iawn, ”meddai Glowacka, athro cynorthwyol biocemeg yn Nebraska. “Bob ychydig eiliadau, mae’r amgylchedd yn newid.”
Yn 2016, cyfrannodd Glowacka at astudiaeth yn dangos bod cranking i fyny gweithgaredd tri genyn penodol yn caniatáu planhigion tybaco i droi NPQ ymlaen ac i ffwrdd yn gyflymach o lawer, gan roi gwell amddiffyniad iddo a ffotosynthesis mwy effeithlon. Mae'r tybaco hwnnw, yn ei dro, yn gadael tua 20% yn fwy, gydag efelychiadau'n awgrymu y gallai fod enillion hyd yn oed yn fwy yn bosibl. Canfu ymchwil ddilynol y gallai'r un dechneg gynhyrchu buddion tebyg mewn ffa soia - nid yn unig ar gyfer dail, ond y ffa hefyd.
Ond mae tybaco a ffa soia yn defnyddio ffurf wahanol ar ffotosynthesis nag ŷd, sorghum, can siwgr a sawl cnwd arall sy'n fwy addas ar gyfer amodau poeth a sych - cnydau y mae'n rhaid i'w cynnyrch gynyddu i helpu i fwydo'r 10 biliwn o bobl y disgwylir iddynt boblogi'r byd erbyn 2050. Roedd Glowacka yn meddwl tybed a allai'r genynnau a gododd ar gyfer gweithgaredd NPQ mewn un chwarae'r un rôl yn y llall. Hyd yn oed pe baent yn gwneud hynny, roedd Glowacka a James Schnable o Nebraska yn cyfrif bod yn rhaid bod genynnau eraill yn cynorthwyo proses mor gymhleth â NPQ.
Roedden nhw'n iawn. Dechreuodd eu darganfyddiad gyda llafurio yn y caeau yn ystod hafau 2020 a 2021, pan blannodd y tîm fwy na 700 o linellau ŷd gwahanol yn enetig yn Fferm Ymchwil Havelock yng ngogledd-ddwyrain Lincoln. Cynllun Glowacka: chwiliwch am wahaniaethau ym mherfformiad NPQ ymhlith y llinellau, yna ceisiwch ganfod pa enynnau oedd yn gyfrifol yn y pen draw am y gwahaniaethau hynny. Er hynny, roedd Glowacka yn gwybod bod y dulliau presennol o fesur NPQ yn ddrud ac yn cymryd llawer o amser. Yn fwy na hynny, cawsant drafferth i wasgaru gwahaniaethau dyddiol yn amlygiad pob llinell i olau, gan ddifetha dilysrwydd unrhyw ganfyddiadau o bosibl.
Yn hytrach na setlo, datblygodd Glowacka ei dull ei hun. Defnyddiodd y tîm dyrnu twll wedi'i addasu i dynnu samplau bach o ddail pob llinell yn y cae. Yn ôl yn y labordy, rhoddodd yr ymchwilwyr bron i ddiwrnod i'r samplau meinwe addasu i'r tywyllwch, gan fesur eu fflworoleuedd yn y pen draw - dirprwy ar gyfer ffotosynthesis a NPQ - cyn ac ar ôl eu hamlygu i fflachiadau golau. Yn hytrach na mesur un sampl bob 20 munud, roedd y tîm yn gallu trin 96 sampl dros yr un rhychwant hwnnw.
Canfu'r ymchwilwyr fod cyflymder a maint ymatebion NPQ yn amrywio'n fawr ymhlith y llinellau, ffaith a helpodd i hwyluso'r gwaith o chwilio am unrhyw enynnau newydd a allai ysgogi'r amrywiad hwnnw mewn ŷd. Cymhariaeth o'r llinellau' cod genetig, wedi'i groesgyfeirio yn erbyn y gwahaniaethau mewn perfformiad NPQ, yn y pen draw datgelodd chwe ymgeisydd genynnau addawol. Roedd nifer o'r ymgeiswyr hynny eisoes yn gyfarwydd i'r tîm. Nid oedd eraill - gan gynnwys un o'r enw PSI3, a gyflwynodd fwy o'r amrywiad hwnnw nag unrhyw ymgeisydd arall.
Ar ôl nodi cymheiriaid o'r chwe genyn hynny yn Arabidopsis, a planhigyn blodeuol a ddefnyddir yn gyffredin i astudio bioleg planhigion, aeth y tîm ymlaen i archebu mutants: hadau Arabidopsis pob un yn brin o un o'r chwe genyn. Ym mhob un o'r chwe mutants, roedd yr amddiffynwr ymchwydd yn gyffredinol yn araf i ymateb o dan y goleuadau ond hefyd yn arafach i ymlacio pan gafodd y goleuadau eu troi allan. Roedd brigau’r NPQ yn nodweddiadol yn is hefyd, a’r cafnau’n uwch, sy’n awgrymu bod y planhigion ill dau yn clustogi llai yn erbyn ymchwyddiadau ac yn gwastraffu mwy o’r golau oedd ar gael ar gyfer ffotosynthesis.
Gallai adnabod y genynnau hynny, ynghyd â maint yr amrywiad NPQ naturiol ar draws llinellau o ŷd, agor y ffordd i fridio planhigion llawer gwell am fanteisio ar olau'r haul sy'n rhoi hwb i gynnyrch, meddai'r ymchwilwyr. Yn yr achos gorau, meddai Schnable, gallai'r ymdrechion hynny ddod i ddwyn ffrwyth mewn cyn lleied â hanner dwsin o flynyddoedd.
Os gwnânt hynny, gallai'r canlyniadau fod yn hwb i fridwyr cnydau sydd bellach yn ymchwilio i bob posibilrwydd i atal prinder bwyd byd-eang yn y degawdau nesaf.
“Gallwn ennill 22% o’r cynnyrch hwnnw o’r cnydau, o bosibl, pe baem yn cyflymu’r NPQ,” meddai Glowacka.
O ystyried bod yr ymchwilwyr wedi cychwyn yr astudiaeth yn gynnar yn 2020, roedd eu hymdrechion i helpu i atal argyfwng byd-eang sydd ar ddod yn golygu delio ag un cyfoes. Dim ond yn ddiweddar roedd dau o aelodau'r tîm, Seema Sahay a Marcin Grzybowski, wedi cyrraedd yr Unol Daleithiau - yn ddigon diweddar nad oedd y naill na'r llall wedi cael trwydded yrru eto. Cyn COVID-19, byddai'r ddau wedi cyrraedd reidiau allan i Fferm Ymchwil Havelock.
Fodd bynnag, mae protocolau prifysgol a ddyluniwyd i arafu lledaeniad y firws yn atal yr opsiwn hwnnw dros dro. Yn ddi-ffael, roedd Sahay a Grzybowski yn mynd yn rheolaidd at feicio tua saith milltir allan i'r fferm ymchwil - taith gerdded 30 munud a mwy yng nghanol gwres a lleithder haf Nebraska.
“Seema a Marcin,” meddai Glowacka, “yw arwyr go iawn yr arbrawf hwn.”
Mae'r astudiaeth yn cael ei gyhoeddi yn y cylchgrawn Ffytolegydd Newydd.