Ученые обнаружили нестомальное управление потерей воды у важнейших сельхозкультур

Исследователи обнаружили, что некоторые растения могут выживать в стрессовых, засушливых условиях, контролируя потерю воды через листья, не полагаясь на свой обычный механизм — устьица.

Нестомальный контроль транспирации у кукурузы, сорго и проса — всех C4-культур, критически важных для глобальной продовольственной безопасности — дает этим растениям преимущество в поддержании благоприятного для фотосинтеза микроклимата внутри листьев.

Это позволяет растениям поглощать углекислый газ для фотосинтеза и роста, несмотря на повышенные температуры и возросшую атмосферную потребность в воде, без увеличения водных затрат.

Публикуя результаты 16 сентября в PNAS, ученые из Бирмингемского университета, Австралийского национального университета (Канберра) и Университета Джеймса Кука (Кэрнс) бросили вызов традиционному пониманию транспирации и фотосинтеза растений в стрессовых и засушливых условиях, согласно которому устьица в одиночку контролируют потерю воды листом.

Соавтор работы доктор Диего Маркес из Бирмингемского университета отметил: "Это революционизировало наше понимание водных отношений растений, показав, что нестомальный контроль транспирации ограничивает потерю воды без ущерба для поглощения углерода — оспаривая то, что обычно принимается как неизбежный компромисс".

Исследование подтверждает, что C4-растения поддерживают пониженную относительную влажность в подустьичной полости, вплоть до 80% при стрессе от дефицита давления паров (VPD), снижая потерю воды и подчеркивая критическую роль нестомального контроля в эффективности использования воды.

Этот механизм помогает растениям поддерживать фотосинтез, уменьшая потерю воды без значительного снижения уровня внутриклеточного CO₂, необходимого для фотосинтеза. Это крайне важно для поддержания роста и процветания культур.

Результаты также предполагают, что механизмы нестомального контроля могли эволюционировать до расхождения путей C3- и C4-фотосинтеза, что указывает на общую эволюционную черту.

В то время как C3-растения полагаются только на диффузию CO₂ через устьица для поглощения углерода, C4-растения обладают специализированными структурами листа и ферментами, которые концентрируют углекислый газ вокруг фермента Рубиско, повышая их фотосинтетическую эффективность и эффективность использования воды.

Однако это преимущество сопряжено с компромиссом, так как эти растения уязвимы к существенному снижению фотосинтеза при закрытии устьиц. Следовательно, нестомальный механизм крайне важен для обеспечения их успеха в контроле потери воды, позволяя устьицам оставаться открытыми.