Портулак дал ученым важную информацию о том, как создать засухоустойчивые культуры в мире, страдающем от изменения климата.
Йельские ученые сообщают, что широко распространенное и считающееся сорным растение Portulaca oleracea, известное как портулак, объединяет два разных метаболических пути для создания нового типа фотосинтеза, который позволяет сорняку противостоять засухе, оставаясь при этом высокопродуктивным. в достижениях науки.
«Это очень редкое сочетание признаков, которое привело к появлению своего рода «суперрастения», потенциально полезного в таких начинаниях, как выращивание сельскохозяйственных культур», — говорит Эрика Эдвардс из Йельского университета, профессор экологии и эволюционной биологии и старший автор исследования.
Растения независимо развили множество различных механизмов для улучшения фотосинтеза — процесса, посредством которого зеленые растения используют солнечный свет для синтеза питательных веществ из углекислого газа и воды.
Например, кукуруза и сахарный тростник развили нечто, называемое фотосинтезом С4, что позволяет растению оставаться продуктивным при высоких температурах.
У суккулентов, таких как кактусы и агавы, есть другой тип фотосинтеза, называемый CAM, который необходим для выживания в пустынях. И С4, и САМ выполняют разные функции, но используют один и тот же биохимический путь, чтобы действовать как «дополнения» к нормальному фотосинтезу.
Что делает портулак уникальным, так это то, что он обладает обеими этими эволюционными адаптациями, что позволяет ему быть одновременно высокопродуктивным и очень устойчивым к засухе, маловероятное сочетание.
Команда Йельского университета провела пространственный анализ экспрессии генов в листьях портулака и обнаружила, что активность C4 и CAM полностью интегрирована. Они действуют в одних и тех же клетках, а продукты САМ-реакций обрабатываются С4. Эта система обеспечивает необычно высокий уровень защиты растений С4 во время засухи.
Исследователи также построили модели метаболического потока, которые предсказали появление интегрированной системы C4 + CAM, отражая их экспериментальные результаты.
Авторы говорят, что понимание этого нового метаболического пути поможет ученым разработать новые способы выращивания сельскохозяйственных культур, таких как кукуруза, чтобы они могли противостоять длительной засухе.
«Что касается разработки цикла CAM для культуры C4, такой как кукуруза, предстоит еще много работы, прежде чем она станет реальностью», — говорит Эдвардс. «Но мы показали, что два пути могут быть эффективно интегрированы, что заставляет нас подозревать, что есть еще много видов C4 + CAM, ожидающих своего открытия».
