La siccità sta causando ingenti perdite di raccolti in molte regioni del mondo e il cambiamento climatico minaccia di peggiorare
Il metabolismo dell'acido crassuloide (noto anche come fotosintesi CAM) è un percorso di fissazione del carbonio che si è evoluto in alcune piante come adattamento ai climi secchi.
Nelle piante che utilizzano la fotosintesi CAM, stomisulle foglie rimangono chiuse durante il giorno per ridurre l'evapotraspirazione (ovvero l'evaporazione dell'acqua). Tuttavia, si aprono di notte per raccogliere l'anidride carbonica, che consente loro di diffondere il malato (acido malico) nelle cellule del mesofillo. Di notte la CO2 viene immagazzinata nel vacuolo sotto forma di acido malico a quattro atomi di carbonio e durante il giorno viene trasportata ai cloroplasti dove viene riconvertita in CO2. Questa anidride carbonica viene quindi utilizzata durante la fotosintesi. La CO2 preraccolta si concentra attorno alla ribulosio bisfosfato carbossilasi (enzima RubisCO). Aumenta semplicemente l'efficienza della fotosintesi. Questo meccanismo del metabolismo acido è stato scoperto per la prima volta nelle piante della famiglia delle Crassulaceae. Il tipo di Crassula più famoso in Russia è la Crassula, che ha ricevuto il soprannome di "albero dei soldi".
Gli scienziati hanno utilizzato un sofisticato approccio di modellazione matematica per studiare gli effetti dell'incorporazione della fotosintesi SAM in varie piante.
L'autrice principale Nadine Töpfer, che l'ha eseguitalavorando durante il suo mandato come Ph.D. Marie-Curie con il gruppo del professor Lee Sweetlowe a Oxford, ha dichiarato: “La simulazione è un potente strumento per esplorare sistemi complessi e fornisce intuizioni che possono aiutare nella ricerca di laboratorio e sul campo. Credo che i nostri risultati serviranno da ispirazione per i ricercatori che stanno cercando di trasferire le proprietà di risparmio idrico delle piante CAM ad altre specie ".
Utilizzando la simulazione ad alta portatatemperature e condizioni di umidità relativa, gli autori dello studio si sono chiesti: la fotosintesi CAM o metodi alternativi di risparmio idrico sarebbero più produttivi negli ambienti in cui vengono generalmente coltivate colture che utilizzano la fotosintesi C3?
Hanno scoperto che la capacità di vuoto del foglioè il principale fattore che limita l'efficienza dell'uso dell'acqua durante la fotosintesi CAM. Hanno anche scoperto che le condizioni ambientali determinano il verificarsi di varie fasi del ciclo CAM. La modellizzazione matematica ha permesso di identificare un ciclo CAM alternativo, che include l'isocitrato deidrogenasi mitocondriale come potenziale fattore di fissazione iniziale del carbonio durante la notte.
I loro risultati hanno mostrato non solo quelloIl potenziale di risparmio idrico della fotosintesi CAM dipende fortemente dall'ambiente (con l'ambiente diurno più importante di quello notturno). Hanno anche notato che regimi metabolici alternativi diversi dal ciclo CAM naturale possono essere utili in determinate condizioni. Ad esempio, nei giorni più brevi con temperature meno estreme. Le scoperte degli scienziati aiuteranno l'umanità a prepararsi per la coltivazione di colture alimentari in un clima sempre più caldo e secco.
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