Секреты водосбережения суккулентов раскрыты
Учёные из Ливерпульского университета получили новые данные о механизмах, позволяющих некоторым растениям экономить воду и переносить засуху.
Исследование, опубликованное в The Plant Cell, может помочь в создании новых сельскохозяйственных культур, способных процветать в ранее непригодных жарких и засушливых регионах мира.
Засухоустойчивые растения, такие как кактусы, агавы и суккуленты, используют усиленную форму фотосинтеза, известную как крассулацеановый кислотный метаболизм (CAM), чтобы минимизировать потерю воды.
В отличие от других растений, CAM-растения способны поглощать CO2 в более прохладную ночь, что снижает потерю воды, и запасать захваченный CO2 в виде яблочной кислоты внутри клетки. Это позволяет использовать его для фотосинтеза без потери воды на следующий день.
CAM-фотосинтез регулируется внутренними циркадными часами растения. Однако о точных молекулярных процессах, лежащих в основе оптимального времени запасания и высвобождения CO2 таким уникальным способом, известно относительно мало.
Команда исследователей изучила фермент PPCK, который участвует в контроле превращения CO2 в его ночную запасаемую форму (яблочную кислоту) и обратно. Учёные отключили ген PPCK у суккулентного CAM-растения Kalanchoë fedtschenkoi.
Было обнаружено, что для правильной работы CAM клетки должны включать PPCK каждую ночь под управлением своих циркадных часов. Когда растения лишали возможности производить PPCK ночью, они могли захватить лишь треть CO2 по сравнению с нормальными растениями.
Кроме того, у растений, не способных производить PPCK каждую ночь, произошли изменения в их циркадных часах. Это неожиданное открытие предполагает, что метаболиты, связанные с CAM, передают информацию о времени суток в центральный "хронометр" растения.
Джеймс Хартвелл: "Засуха — ключевая причина глобальных потерь урожая, поэтому понимание механизмов, которые выработали некоторые адаптированные к пустыне растения для выживания при водном стрессе, жизненно важно для создания улучшенной засухоустойчивости у сельскохозяйственных видов.
Наша работа показывает, что текущие усилия по внедрению CAM-фотосинтеза в другие растения должны будут включать PPCK. Неожиданная сложность во взаимосвязи между PPCK, CAM и циркадными часами также подчёркивает необходимость продолжения исследований процессов CAM, прежде чем мы сможем полностью понять и использовать их особенности".