通过Crassulacean酸代谢光合作用设计抗旱作物

ASPB非常高兴地宣布发表了一项值得注意的研究，该研究调查了在温带环境中进行光合作用的节水替代品，该替代品将来可能变得更热和更干燥。

干旱在世界许多地区造成严重的农作物损失，气候变化有可能加剧温带地区和干旱地区的干旱。在《植物细胞》发表的新著作中，莱布尼兹植物遗传学和作物植物研究所的NadineTöpfer博士与英国牛津大学的同事一起，通过引入Crassulacean分析了工程化抗旱植物的潜力酸代谢(CAM)。他们使用了一种复杂的数学建模方法来研究引入CAM光合作用的效果，这种方法可以在干旱条件下生长旺盛的植物中使用进入C3植物，这些植物仅在阳光强度和温度适中且水量充足的地区才能繁衍生息。

大多数植物，包括一些主要农作物，例如水稻，小麦，燕麦和大麦，都使用C3碳固定，其中白天通过叶上气孔获得的CO 2立即用于光驱动的光合作用反应。不幸的是，这导致在炎热，干燥的条件下通过这些孔的大量水分流失。CAM是一种替代性的碳固定途径，可以暂时将CO 2吸收与碳固定分开，从而使植物在凉爽的夜晚打开气孔吸收CO 2并在内部存储碳。然后，CAM植物在一天中的高温期间关闭其气孔以最大程度地减少水分流失，并释放出叶细胞内部存储的CO 2，以用于白天的光驱动光合作用。

作者使用在一系列温度和相对湿度条件下的模拟结果问：在通常种植C3作物的环境中，完整的CAM或其他节水方法是否会更有成效?他们发现，叶片中液泡的储存能力是限制CAM期间水分利用效率的主要因素，并且环境条件决定了CAM循环不同阶段的发生。数学模型还确定了一个替代的CAM循环，该循环涉及线粒体异柠檬酸脱氢酶，这可能是夜间初始碳固定的潜在原因。

首席作者NadineTöpfer在牛津大学Lee Sweetlove教授小组的Marie-Curie博士后任职期间曾做过这项工作。我相信我们的结果将为旨在将CAM植物的节水性状转化为其他物种的研究人员提供鼓励和想法。”

他们的结果表明，不仅CAM光合作用的节水潜力在很大程度上取决于环境，白天环境比晚上更重要，而且与自然发生的CAM循环不同的其他代谢方式可能是在某些条件下(例如在较短的几天内，极端温度较低的情况下)有益。这项及时的工作提供了宝贵的见解，将有助于我们为日益炎热和干燥的温带环境中种植粮食作物的挑战做好准备。