Die Geheimnisse der Sukkulenten zeigten sich in Wasser

Wunderbaum Moringa – Jungbrunnen für die Zellen (Juni 2019).

Anonim

Pflanzenwissenschaftler an der Universität von Liverpool haben neue Einblicke in die Mechanismen gegeben, die es bestimmten Pflanzen ermöglichen, Wasser zu sparen und Trockenheit zu tolerieren.

Die Forschung, die in The Plant Cell veröffentlicht wird, könnte verwendet werden, um neue Pflanzen zu produzieren, die in zuvor unwirtlichen, heißen und trockenen Regionen auf der ganzen Welt gedeihen können.

Trockenheitsresistente Pflanzen, wie Kakteen, Agaven und Sukkulenten, verwenden eine verstärkte Form der Photosynthese, die als Crassulaceen-Säure-Metabolismus oder CAM bekannt ist, um den Wasserverlust zu minimieren.

Bei der Photosynthese wird Kohlendioxid aus der Atmosphäre aufgenommen, um mithilfe von Sonnenlicht Zucker zu bilden. Im Gegensatz zu anderen Pflanzen sind CAM-Anlagen in der kühleren Nacht in der Lage CO2 aufzunehmen, was den Wasserverlust reduziert und das eingefangene CO2 als Apfelsäure in der Zelle speichert, wodurch es für die Photosynthese ohne Wasserverlust am nächsten Tag genutzt werden kann.

Die CAM-Photosynthese wird durch die innere zirkadiane Uhr der Pflanze reguliert, die es Pflanzen ermöglicht, Tag und Nacht zu differenzieren und vorzubeugen und ihren Stoffwechsel entsprechend anzupassen. Es ist jedoch relativ wenig über die genauen molekularen Prozesse bekannt, die den optimalen Zeitpunkt für die Speicherung und Freisetzung von CO2 auf diese einzigartige Weise untermauern.

Ein Team von Forschern am Institut für Integrative Biologie der Universität untersuchte ein Enzym namens PPCK, das an der Kontrolle der Umwandlung von CO2 in seine über Nacht gespeicherte Form (Äpfelsäure; die Fruchtsäure, die Äpfel scharf schmecken lässt) und wieder zurück beteiligt ist. Sie wollten wissen, ob PPCK eine notwendige Komponente für die CAM-Photosynthese ist und testeten dies, indem sie das PPCK-Gen in der sukkulenten CAM-Anlage Kalanchoe fedtschenkoi abschalten.

Sie fanden heraus, dass die Zellen, um richtig zu arbeiten, jede Nacht durch ihre interne zirkadiane Uhr PPCK einschalten müssen. Als sie Kalanchoë daran hinderten, nachts PPCK herzustellen, konnten die Pflanzen nur ein Drittel des von den normalen Pflanzen eingefangenen CO2 fangen.

Darüber hinaus fanden sie, dass die Pflanzen, die nicht in der Lage waren, PPCK jede Nacht zu produzieren, Veränderungen in ihrer zirkadianen Uhr hatten, ein überraschender Befund, der darauf hindeutet, dass mit CAM assoziierte Metaboliten Tageszeitdaten in den zentralen Zeitnehmer der Pflanze übertragen.

Dr. James Hartwell kommentierte: "Trockenheit ist eine Hauptursache für weltweite Ernteverluste. Daher ist es wichtig, die Mechanismen zu verstehen, die einige wüstenangepasste Pflanzen entwickelt haben, um Wasserstress zu überleben.

"Unsere Arbeit zeigt, dass laufende Bemühungen, CAM-Photosynthese in andere Pflanzen zu entwickeln, auch PPCK einschließen müssen. Die unerwartete Komplexität, die wir in der Beziehung zwischen PPCK, CAM und der circadianen Uhr aufgedeckt haben, unterstreicht auch die Notwendigkeit einer weiteren Erforschung von CAM-Prozessen verstehe und nutze ihre Wege. "

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