علف هرز معمولی ممکن است “سوپر گیاه” باشد که کلید محصولات مقاوم به خشکی را دارد

5 آگوست 2022  – توسط دانشگاه ییل -خرفه، گیاه خوراکی است که تقریباً در هر نقطه ای از ایالات متحده رشد می کند. شکوفه های زرد، گل های کوچک. اعتبار ZooFari/Wikimedia Commons

یک علف هرز معمولی سرنخ های مهمی در مورد چگونگی ایجاد محصولات مقاوم به خشکی در دنیایی که تحت تأثیر تغییرات آب و هوایی قرار دارد، در خود دارد.دانشمندان ییل توضیح می‌دهند که این گیاه ، که معمولاً به عنوان خرفه شناخته می‌شود، دو مسیر متابولیک متمایز را برای ایجاد نوع جدیدی از فتوسنتز ادغام می‌کند که علف‌های هرز را قادر می‌سازد تا خشکسالی را تحمل کند و در عین حال بهره‌وری بالایی داشته باشد.

اریکا ادواردز، استاد بوم شناسی و زیست شناسی تکاملی و نویسنده ارشد این مقاله می گوید: «این ترکیب بسیار نادری از صفات است و نوعی «ابر گیاه» را ایجاد کرده است – گیاهی که می تواند به طور بالقوه در تلاش هایی مانند مهندسی محصولات مفید باشد.

گیاهان به طور مستقل مکانیسم‌های متفاوتی را برای بهبود فتوسنتز تکامل داده‌اند، فرآیندی که در آن گیاهان سبز از نور خورشید برای سنتز مواد مغذی از دی اکسید کربن و آب استفاده می‌کنند. به عنوان مثال، ذرت و نیشکر چیزی را که فتوسنتز C4 نامیده می‌شود تکامل دادند که به گیاه اجازه می‌دهد در دمای بالا بارور بماند. ساکولنت هایی مانند کاکتوس ها و آگاوها دارای نوع دیگری به نام فتوسنتز CAM هستند که به آنها کمک می کند در بیابان ها و مناطق دیگر با آب کمی زنده بمانند. هر دو C4 و CAM عملکردهای متفاوتی را انجام می دهند، اما مسیر بیوشیمیایی یکسانی را به کار می گیرند تا به عنوان “افزونه” برای فتوسنتز معمولی عمل کنند.

چیزی که علف های هرز را منحصر به فرد می کند این است که هر دوی این سازگاری های تکاملی را دارد – که به آن امکان می دهد هم بسیار پربار باشد و هم به خشکی بسیار مقاوم شود، ترکیبی غیر محتمل برای یک گیاه. اکثر دانشمندان بر این باور بودند که C4 و CAM به طور مستقل در داخل برگ های خرفه عمل می کنند.

اما تیم ییل به رهبری نویسندگان همکار و محققین فوق دکتری خوزه مورنو-ویلینا و هاوران ژو، تجزیه و تحلیل فضایی بیان ژن در برگ های خرفه را انجام دادند و دریافتند که فعالیت C4 و CAM کاملاً یکپارچه هستند. آنها در همان سلول ها عمل می کنند و محصولات واکنش های CAM توسط مسیر C4 پردازش می شوند. این سیستم سطوح غیرعادی حفاظت را برای گیاه C4 در مواقع خشکسالی فراهم می کند.

محققان همچنین مدل‌های شار متابولیک ساختند که ظهور یک سیستم C4+CAM یکپارچه را پیش‌بینی می‌کرد که نتایج تجربی آنها را منعکس می‌کرد.

نویسندگان می گویند که درک این مسیر متابولیک جدید می تواند به دانشمندان کمک کند تا راه های جدیدی برای مهندسی محصولاتی مانند ذرت برای کمک به مقاومت در برابر خشکسالی طولانی ابداع کنند.

ادواردز گفت: «از نظر مهندسی چرخه CAM در یک محصول C4، مانند ذرت، هنوز کارهای زیادی برای انجام دادن وجود دارد تا اینکه به واقعیت تبدیل شود. اما چیزی که نشان داده‌ایم این است که این دو مسیر می‌توانند به‌طور مؤثری با هم ادغام شوند و محصولات را به اشتراک بگذارند. C4 و CAM بیشتر از آنچه فکر می‌کردیم سازگار هستند، که ما را به این گمان می‌برد که گونه‌های C4+CAM بیشتری در آنجا وجود دارند که منتظرند تا کشف شود.