通過Crassulacean酸代謝光合作用設計抗旱作物

ASPB非常高興地宣布發表了一項值得注意的研究，該研究調查了在溫帶環境中進行光合作用的節水替代品，該替代品將來可能變得更熱和更干燥。

干旱在世界許多地區造成嚴重的農作物損失，氣候變化有可能加劇溫帶地區和干旱地區的干旱。在《植物細胞》發表的新著作中，萊布尼茲植物遺傳學和作物植物研究所的NadineTöpfer博士與英國牛津大學的同事一起，通過引入Crassulacean分析了工程化抗旱植物的潛力酸代謝(CAM)。他們使用了一種復雜的數學建模方法來研究引入CAM光合作用的效果，這種方法可以在干旱條件下生長旺盛的植物中使用進入C3植物，這些植物僅在陽光強度和溫度適中且水量充足的地區才能繁衍生息。

大多數植物，包括一些主要農作物，例如水稻，小麥，燕麥和大麥，都使用C3碳固定，其中白天通過葉上氣孔獲得的CO 2立即用于光驅動的光合作用反應。不幸的是，這導致在炎熱，干燥的條件下通過這些孔的大量水分流失。CAM是一種替代性的碳固定途徑，可以暫時將CO 2吸收與碳固定分開，從而使植物在涼爽的夜晚打開氣孔吸收CO 2并在內部存儲碳。然后，CAM植物在一天中的高溫期間關閉其氣孔以最大程度地減少水分流失，并釋放出葉細胞內部存儲的CO 2，以用于白天的光驅動光合作用。

作者使用在一系列溫度和相對濕度條件下的模擬結果問：在通常種植C3作物的環境中，完整的CAM或其他節水方法是否會更有成效?他們發現，葉片中液泡的儲存能力是限制CAM期間水分利用效率的主要因素，并且環境條件決定了CAM循環不同階段的發生。數學模型還確定了一個替代的CAM循環，該循環涉及線粒體異檸檬酸脫氫酶，這可能是夜間初始碳固定的潛在原因。

首席作者NadineTöpfer在牛津大學Lee Sweetlove教授小組的Marie-Curie博士后任職期間曾做過這項工作。我相信我們的結果將為旨在將CAM植物的節水性狀轉化為其他物種的研究人員提供鼓勵和想法。”

他們的結果表明，不僅CAM光合作用的節水潛力在很大程度上取決于環境，白天環境比晚上更重要，而且與自然發生的CAM循環不同的其他代謝方式可能是在某些條件下(例如在較短的幾天內，極端溫度較低的情況下)有益。這項及時的工作提供了寶貴的見解，將有助于我們為日益炎熱和干燥的溫帶環境中種植糧食作物的挑戰做好準備。