整合兩種不同代謝途徑 馬齒莧或身懷抗旱高產(chǎn)關(guān)鍵“絕技”

美國科學(xué)家在最新一期《科學(xué)進(jìn)展》雜志上發(fā)表論文稱，他們的最新研究發(fā)現(xiàn)，馬齒莧這種普通植物整合了兩種不同的代謝途徑，創(chuàng)造出一種新型光合作用，使其“變身”為超級植物，能在耐旱的同時(shí)保持高產(chǎn)。了解這一新的代謝途徑可以幫助科學(xué)家設(shè)計(jì)出新方法，使玉米等作物能夠抵御長期干旱。

在漫長的進(jìn)化過程中，植物已經(jīng)獨(dú)立進(jìn)化出各種不同的機(jī)制來改善光合作用。例如，玉米和甘蔗進(jìn)化出所謂的C4光合作用，使它們能在高溫下保持產(chǎn)量。仙人掌和龍舌蘭等多汁植物則采用另一種名為CAM的光合作用，這幫助它們在沙漠和其他缺水地區(qū)生存。

耶魯大學(xué)科學(xué)家在論文中指出，常見雜草馬齒莧整合了這兩種不同的代謝途徑，創(chuàng)造出一種新型的光合作用，使馬齒莧能在耐旱的同時(shí)保持高產(chǎn)——這對植物來說是不太可能的組合。論文高級作者、耶魯大學(xué)生態(tài)學(xué)和進(jìn)化生物學(xué)教授埃里卡·愛德華茲說：“這是一種非常罕見的性狀組合，創(chuàng)造出一種‘超級植物’，有望應(yīng)用于作物工程等領(lǐng)域。”

此前，大多數(shù)科學(xué)家認(rèn)為C4和CAM在馬齒莧葉內(nèi)獨(dú)立運(yùn)作。但研究小組對馬齒莧葉子內(nèi)的基因表達(dá)進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)C4和CAM完全整合在一起運(yùn)作。它們在相同的細(xì)胞中運(yùn)作，CAM反應(yīng)的產(chǎn)物通過C4的途徑進(jìn)行處理。該系統(tǒng)在干旱時(shí)為C4植物提供了不同尋常的保護(hù)水平。此外，研究人員還建立了代謝通量模型，預(yù)測了C4+CAM集成系統(tǒng)的出現(xiàn)，反映并證實(shí)了他們的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

研究團(tuán)隊(duì)表示，了解這一新的代謝途徑可以幫助科學(xué)家設(shè)計(jì)出新方法，使玉米等作物能夠抵御長期干旱的環(huán)境。

不過，愛德華茲也強(qiáng)調(diào)：“盡管在將CAM循環(huán)編入C4作物(如玉米)之前，還有很多工作要做。但我們已經(jīng)證明，這兩種途徑可以有效整合。C4和CAM比人們想象的更兼容，所以可能還有更多C4+CAM物種等待被發(fā)現(xiàn)。”(劉霞)