Ученые сделали растения засухоустойчивыми благодаря метаболизму

Команда ученых из Германии и Великобритании открыла, как можно сделать культуры более устойчивыми к засухе за счет изменения метаболизма. Об этом сообщает журнал The Plant Cell.

Открытие принадлежит доктору Надину Тепферу из Института генетики растений и исследований сельскохозяйственных культур имени Лейбница и его коллегам из Оксфордского университета. Долгие годы они ищут альтернативы C3-фотосинтезу. В условиях нарастающего глобального потепления он уже не может эффективно спасать культуры от засухи, что требует поиска новых технологий водосбережения.

Суть нового метода — во внедрении в листья растений метаболизма крассулоидной кислоты (фотосинтеза CAM). Это путь фиксации углерода, который развился у некоторых культур благодаря адаптации к засухе. У растений, использующих этот процесс, испарение воды уменьшается за счёт того, что устьица на листьях днем закрыты. Однако ночью эти поры открываются для сбора углекислого газа. Он позволяет им диффундировать яблочную кислоту в клетки мезофилла. В дальнейшем углекислый газ используется при фотосинтезе. На эффективность фотосинтеза влияет фермент рибулозобисфосфаткарбоксилаза (RuBisCO). Такой механизм кислотного обмена впервые был обнаружен у растений семейства Crassulaceae, в том числе, толстянки («денежного дерева»).

Учёные определили, что главным фактором, ограничивающим эффективность использования воды, является вакуумная емкость листьев. Также они узнали, что условия окружающей среды создают разные фазы цикла  CAM. С помощью математического моделирования они смогли найти цикл, при котором на фиксацию углерода влияет митохондриальная изоцитратдегидрогеназа. Кроме того, учёные выяснили, что альтернативные циклы могут быть полезны при определенных условиях. Например, в более короткие дни с наименее экстремальными температурами.

Открытие ученых позволит человечеству адаптироваться к все более меняющимся в мире климатическим условиям при выращивании продовольственных культур.