Обыкновенный сорняк оказался ключом к засухоустойчивым культурам
Портулак огородный открыл ученым важные подсказки о том, как создать засухоустойчивые культуры в мире, страдающем от изменения климата
Йельские ученые сообщили, что широко распространенное и считающиеся сорным растение Portulaca oleracea, известное как портулак огородный, объединяет два разных метаболических пути для создания нового типа фотосинтеза, который позволяет сорняку выдерживать засуху, оставаясь при этом высокопродуктивным, пишет портал Рhys.org со ссылкой на статью в журнале Science Advances.
«Это очень редкое сочетание признаков, благодаря которому появилось своего рода «супер-растение», потенциально полезное 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 то, что называется фотосинтезом С4, что позволяет растению оставаться продуктивным при высоких температурах.
Суккуленты, такие как кактусы и агавы, обладают еще одним типом, называемым САМ-фотосинтезом, необходимым для выживания в пустынях. И C4, и CAM выполняют разные функции, но задействуют один и тот же биохимический путь, чтобы действовать как «дополнения» к обычному фотосинтезу.
Что делает портулак уникальным, так это то, что он обладает обеими этими эволюционными адаптациями, что позволяет ему быть как высокопродуктивным, так 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 путем С4. Эта система обеспечивает необычайно высокий уровень защиты растений С4 во время засухи.
Исследователи также построили модели метаболических потоков, которые предсказали появление интегрированной системы C4+CAM, что отражает 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.
«С точки зрения разработки цикла CAM для культуры C4, такой как кукуруза, предстоит еще много работы, прежде чем это станет реальностью, – рассказывает Эдвардс. – Но мы показали, что два пути могут быть эффективно интегрированы, что заставляет нас подозревать, что существует гораздо больше видов C4 + CAM, ожидающих своего обнаружения».
