Hemmeligheder bag sukkulenter vandmæssige måder afsløret

Planteforskere ved University of Liverpool har afsløret ny indsigt i de mekanismer, der gør det muligt for visse planter at spare vand og tolerere tørke.

Forskningen, som udgives i Plantecellen , kunne bruges til at hjælpe med at producere nye afgrøder, der kan trives i tidligere ugæstfrie, varme og tørre områder over hele verden.

Tørkebestandige planter, såsom kaktus, agaves og sukkulenter, gøre brug af en forbedret form for fotosyntese kendt som krassulaceansyremetabolisme, eller CAM, for at minimere vandtab.

Fotosyntese involverer at tage kuldioxid fra atmosfæren for at omdanne til sukker ved hjælp af sollys. I modsætning til andre planter, CAM -planter kan optage CO2 i løbet af den køligere nat, hvilket reducerer vandtab, og gemme fanget CO2 som æblesyre inde i cellen, tillader dets brug til fotosyntese uden vandtab i løbet af den næste dag.

CAM fotosyntese reguleres af plantens indre døgnrytme, som gør det muligt for planter at differentiere og foregribe dag og nat og justere deres stofskifte i overensstemmelse hermed. Imidlertid, relativt lidt er kendt om de nøjagtige molekylære processer, der ligger til grund for den optimale timing af CO2 lagring og frigivelse på denne unikke måde.

Et team af forskere ved University's Institute of Integrative Biology kiggede på et enzym af interesse kaldet PPCK, der er involveret i at kontrollere omdannelsen af ​​CO2 til dets lagrede form natten over (æblesyre; frugtsyren, der får æblerne til at smage skarpt) og tilbage igen. De ville vide, om PPCK er en nødvendig komponent til konstruktion af CAM -fotosyntese og testede dette ved at slukke PPCK -genet i den saftige CAM -plante Kalanchoë fedtschenkoi.

De fandt ud af, at for at CAM fungerer korrekt, cellerne skal tænde PPCK hver nat drevet af deres interne døgnrytter. Da de forhindrede Kalanchoë i at lave PPCK om natten, planterne kunne kun fange en tredjedel af CO2 fanget af de normale planter.

Ud over, de fandt ud af, at de planter, der ikke var i stand til at lave PPCK hver nat, havde ændringer i deres døgnrytme, et overraskende fund, der tyder på, at metabolitter forbundet med CAM kommunikerer tid-til-dag-information til plantens centrale tidtager.

Dr. James Hartwell kommenterede:"Tørke er en vigtig årsag til globale afgrødetab, så forståelse af de mekanismer, som nogle ørken-tilpassede planter har udviklet sig til at overleve vandstress, er afgørende for at udvikle forbedret tørketolerance hos afgrødearter.

"Vores arbejde viser, at igangværende bestræbelser på at konstruere CAM -fotosyntese i andre anlæg skal omfatte PPCK. Den uventede kompleksitet, vi afslørede i forholdet mellem PPCK, CAM og døgnrytmen fremhæver også behovet for fortsat forskning i CAM -processer, før vi fuldt ud kan forstå og udnytte deres måder. "