Forskare har räknat ut hur man kan ändra växternas ämnesomsättning för att göra dem torka toleranta

Torkan orsakar stora skördeförluster i många regioner i världen och klimatförändringarna hotar att förvärras

situationen i både tempererade och torra områdenregioner. I det nya arbetet, Dr Nadine Töpfer från Institutet för växtgenetik och växtforskning. Leibniz och kollegor vid University of Oxford i Storbritannien analyserade potentialen för att skapa torkresistenta växter genom att introducera crassuloidsyrametabolism i grödor.

Crassuloidsyrametabolism (även känd som CAM-fotosyntes) är en kolfixeringsväg som har utvecklats i vissa växter som en anpassning till torrt klimat.

I växter som använder CAM fotosyntes, stomatapå bladen förblir stängda under dagen för att minska evapotranspiration (med andra ord, avdunstning av vatten). De öppnar dock på natten för att samla upp koldioxid, vilket gör att de kan diffundera malat (äppelsyra) in i mesofyllcellerna. På natten lagras CO2 i vakuolen som äppelsyra med fyra kolatomer och under dagen transporteras den till kloroplasterna där den omvandlas tillbaka till CO2. Denna koldioxid används sedan under fotosyntesen. Den förinsamlade CO2 är koncentrerad kring ribulosbisfosfatkarboxylas (RubisCO-enzym). Det ökar bara effektiviteten av fotosyntesen. Denna mekanism för syrametabolism upptäcktes först i växter av familjen Crassulaceae. Den mest kända typen av Crassula i Ryssland är Crassula, som fick smeknamnet "pengarträd".

Forskare har använt en sofistikerad matematisk modelleringsmetod för att studera effekterna av att införliva SAM-fotosyntes i olika växter.

Huvudförfattare Nadine Töpfer, som framförde dettaarbetade under sin tid som doktorsexamen Marie-Curie med professor Lee Sweetlowes grupp i Oxford, sade: ”Simulering är ett kraftfullt verktyg för att utforska komplexa system, och det ger insikter som kan hjälpa till i laboratorie- och fältforskning. Jag tror att våra resultat kommer att fungera som inspiration för forskare som vill överföra de vattenbesparande egenskaperna hos CAM-växter till andra arter. ”

Använder simulering av hög räckviddtemperaturer och relativa luftfuktighet, frågade studiens författare: Skulle CAM-fotosyntes eller alternativa vattenbesparande metoder vara mer produktiva i miljöer där grödor som använder C3-fotosyntes vanligtvis odlas?

De fann att arkets vakuumkapacitetär den viktigaste faktorn som begränsar vattenanvändningens effektivitet under CAM-fotosyntes. De fann också att miljöförhållandena formar de olika faserna i CAM-cykeln. Matematisk modellering gjorde det möjligt att identifiera en alternativ CAM-cykel, som inkluderar mitokondriell isocitratdehydrogenas som en potentiell faktor för initial kolfixering på natten.

Deras resultat visade inte bara detDen vattenbesparande potentialen för CAM-fotosyntes är mycket beroende av miljön (och dagmiljön är viktigare än natten). Forskarna noterade också att andra metaboliska regimer än den naturliga CAM-cykeln kan vara fördelaktiga under vissa förhållanden. Till exempel på kortare dagar med mindre extrema temperaturer. Forskarnas resultat kommer att hjälpa mänskligheten att förbereda sig för att odla matgrödor i allt varmare och torrare klimat.

Läs också

Det årliga uppdraget i Arktis har avslutats och uppgifterna är en besvikelse. Vad väntar mänskligheten?

Se den nya Hummer övervinna hinder på vägen och rör sig som en krabba

På sjukdagens dag 3 förlorar de flesta COVID-19-patienter luktkänslan och lider ofta av en rinnande näsa