環(huán)球觀焦點(diǎn)：馬齒莧被發(fā)現(xiàn)是一種能夠從容抵御干旱的“超級(jí)植物”

(相關(guān)資料圖)

耶魯大學(xué)生態(tài)學(xué)和進(jìn)化生物學(xué)教授、該論文的資深作者Erika Edwards說(shuō)："這是一種非常罕見的性狀組合，創(chuàng)造了一種'超級(jí)植物'--一種可能對(duì)作物工程等工作有用的植物。"

植物已經(jīng)發(fā)展出一套多樣化的過(guò)程來(lái)加強(qiáng)光合作用，這是綠色植物利用陽(yáng)光從二氧化碳和水合成營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的過(guò)程。例如，玉米和甘蔗進(jìn)化出了C4光合作用，這使得植物能夠在高溫下保持生產(chǎn)力。琥珀類植物，如仙人掌和瓊花，有另一種光合作用，稱為CAM光合作用，這使它們能夠生活在沙漠和其他干燥地區(qū)。C4和CAM有不同的功能，然而它們都使用相同的生化途徑，作為傳統(tǒng)光合作用的"附加物"。

馬齒莧的獨(dú)特之處在于它同時(shí)表現(xiàn)出這兩種進(jìn)化的適應(yīng)性，使它既能高產(chǎn)又能耐旱，這對(duì)一種植物來(lái)說(shuō)是不尋常的組合。大多數(shù)科學(xué)家認(rèn)為，C4和CAM在馬齒莧的葉子里分別獨(dú)立運(yùn)作。

不過(guò)，由共同通訊作者和博士后學(xué)者Jose Moreno-Villena和Haoran Zhou領(lǐng)導(dǎo)的耶魯大學(xué)團(tuán)隊(duì)，對(duì)馬齒莧葉片內(nèi)的基因表達(dá)進(jìn)行了空間分析，發(fā)現(xiàn)C4和CAM活動(dòng)是完全整合的。它們?cè)谕粋€(gè)細(xì)胞中運(yùn)作，甚至是順序進(jìn)行：CAM反應(yīng)的產(chǎn)物被C4途徑處理。這個(gè)系統(tǒng)在干旱時(shí)期為C4植物提供了不同尋常的保護(hù)。

研究人員還建立了代謝通量模型，預(yù)測(cè)了一個(gè)綜合的C4+CAM系統(tǒng)的出現(xiàn)，反映了他們的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

作者說(shuō)，了解這種新的代謝途徑可以幫助科學(xué)家設(shè)計(jì)新的方法來(lái)設(shè)計(jì)玉米等作物，以幫助抵御長(zhǎng)時(shí)間的干旱。

Edwards說(shuō)："就在C4作物（如玉米）中設(shè)計(jì)CAM循環(huán)而言，在成為現(xiàn)實(shí)之前，仍有許多工作要做。但是研究結(jié)果已經(jīng)表明，這兩種途徑可以有效地整合并分享產(chǎn)品。C4和CAM比我們想象的更加兼容，這使我們懷疑還有更多的C4+CAM物種，等待我們?nèi)グl(fā)現(xiàn)。"