Wyższe temperatury, ostrzejsze susze i inne skutki zmian klimatycznych coraz bardziej zagrażają plonom. Techniki inżynierii genetycznej, takie jak CRISPR-Cas9, mogą nadać uprawom cechy, które pomogą im wytrzymać skutki zmiany klimatu. Jest jednak roślina, która potrafi przetrwać upał i susze. Poznanie, w jaki sposób portulaka, bo o niej mowa, potrafi rozwijać się w gorących i suchych warunkach, może pomóc naukowcom w projektowaniu bardziej wytrzymałych upraw.
Zmiany klimatyczne postępują. Susze występują coraz częściej, w tym również w Polsce. Coraz bardziej istotne staje się wyhodowanie takich odmian roślin i zbóż, które będą w jak największym stopniu odporne na te nowe, ekstremalne warunki pogodowe. Szczególnie jedna z istniejących obecnie na Ziemi roślin może nam w tej kwestii dostarczyć istotnych wskazówek. To portulaka – roślina szeroko rozpowszechniona na całym świecie i traktowana przeważnie jako chwast. Może ona zawierać ważne wskazówki, jak stworzyć rośliny odporne na suszę w świecie nękanym zmianami klimatycznymi.
Opis i rezultaty badań naukowców z Yale University ukazały się na łamach pisma „Science Advances” (DOI: 10.1126/sciadv.abn2349).
W toku ewolucji rośliny wykształciły różne sposoby na ulepszenie procesów fotosyntezy, które właśnie w tej bardziej efektywnej wersji pozwalają im przetrwać w trudnych warunkach. Jedną z takich możliwości daje tzw. fotosynteza C4. Jest ona głównie wykorzystywana przez takie rośliny, jak np. kukurydza czy trzcina cukrowa.
Tego typu fotosynteza daje tym roślinom możliwość wytwarzania istotnych dla siebie składników odżywczych nawet przy wysokich temperaturach. Na innym biegunie znajdują się z kolei kaktusy i agawy. One z kolei dzięki fotosyntezie CAM są w stanie przeżyć na pustyniach i w innych terenach, w których dostępność wody jest niewielka. Zarówno C4, jak i CAM pełnią nieco inne funkcje i stanowią niejako dodatek do „zwykłej” fotosyntezy.
Szczególnie interesujący jest fakt, że istnieje roślina, która posiada obie te zdolności, co jest dosyć rzadkie. Można powiedzieć, że czyni to ją pod tym względem „superrośliną”. W kontekście fotosyntezy czyni ją to jednocześnie niezwykle wydajną, a jednocześnie odporną na suszę. Większość naukowców jak dotąd uważała, że w liściach tej rośliny procesy fotosyntezy C4 i CAM mogą zachodzić niezależnie od siebie. Dokładne zbadanie tego, w jaki sposób one zachodzą może mieć kolosalne znaczenie dla inżynierii genetycznej, ponieważ może to pozwolić wyznaczyć odpowiedni kierunek działań.
Dokładnego zbadania liści portulaki pospolitej (portulaca oleracea) podjęli się naukowcy z Yale Jose Moreno-Villena i Haoran Zhou. Rezultaty ich badań okazały się zaskakujące, a jednocześnie sprzeczne wobec tego, co do tej pory uważała większość naukowców. Okazało się bowiem, że procesy fotosyntezy C4 i CAM w liściach portulaki są ze sobą połączone, co w praktyce zapewnia tej roślinie jeszcze wyższy poziom ochrony przed niekorzystnymi warunkami. Procesy te mają miejsce w tych samych komórkach, przy czym produkty reakcji CAM są potem przetwarzane w ramach ścieżki metabolicznej C4.
Wniosek z tego jest prosty: C4 i CAM są w o wiele większym stopniu kompatybilne ze sobą, niż wcześniej sądzono. Naukowcy podejrzewają, że gatunków roślin, w których funkcjonują oba mechanizmy w podobny do portulaki sposób może być więcej. Trzeba je tylko odkryć. Póki co świat nauki jednak zastrzega, że od tych odkryć np. do inżynieryjnego dodania procesów CAM roślinom, w których mają miejsce procesy C4, jak np. kukurydza, droga jest jeszcze daleka.
Źródło: Yale University, fot. ZooFari/Wikimedia Commons, CC BY-SA 3.0