Новое исследование водосберегающих растений продвигает разработку засухоустойчивых культур

Учёные из Национальной лаборатории Ок-Ридж Министерства энергетики США раскрыли генетические и метаболические механизмы, позволяющие некоторым растениям экономить воду и процветать в полузасушливом климате. Это часть работы по созданию засухоустойчивых продовольственных и биоэнергетических культур.

Полузасушливые растения, такие как агава, адаптировались к выживанию в условиях малого количества осадков, развив специализированный тип фотосинтеза — CAM (кислотный метаболизм толстянковых). В отличие от растений во влажной среде, CAM-растения поглощают и запасают углекислый газ через открытые поры в листьях ночью, когда вода менее склонна испаряться. Днём устьица остаются закрытыми, пока растение использует солнечный свет для преобразования CO₂ в энергию, минимизируя потерю воды.

Учёные изучают уникальные метаболические механизмы CAM-растений с целью внедрения водосберегающих признаков в биоэнергетические и продовольственные культуры. Результаты последнего исследования команды, сфокусированного на агаве, опубликованы в Nature Plants в качестве обложки номера.

Ключевые результаты исследования:

• Для всестороннего анализа сложной CAM-системы команда использовала масс-спектрометрию ORNL, чтобы сравнить молекулярные признаки агавы с контрольным растением Arabidopsis, использующим более распространённый тип фотосинтеза.
• Учёные оценили генетическое поведение, сигнализирующее о движении устьиц у каждого растения в течение одинакового 24-часового периода.
• Исследование показало, что время дневной и ночной активности устьиц значительно различалось между агавой и Arabidopsis.
• Были определены конкретные генетические и метаболические механизмы, которые сигнализируют CAM-растениям об открытии и закрытии устьиц.

Понимание времени этих сигналов будет ключевым для переноса CAM-процессов в такие культуры, как рис, кукуруза, тополь и просо прутьевидное.

Цитаты исследователей:

• Сяохань Ян: «Современные требования к сельскохозяйственным системам в обеспечении продовольствием, кормами, фуражом, волокном и топливом требуют более всесторонних исследований для понимания сложности CAM-растений. Наши исследования направлены на ускорение эволюции сельскохозяйственных культур, чтобы дать им возможность процветать в более засушливых условиях».
• Джеральд Таскан: «Результаты этого исследования дают новое понимание сложности биоинженерии CAM на молекулярном уровне. Перенос молекулярного механизма CAM в энергетические культуры облегчил бы их размещение на маргинальных землях и одновременно снизил бы конкуренцию с продовольственными культурами».