马齿苋或身怀抗旱高产关键“绝技”

科技日报记者 刘霞

美国科学家在最新一期《科学进展》杂志上发表论文称，他们的最新研究发现，马齿苋这种普通植物整合了两种不同的代谢途径，创造出一种新型光合作用，使其“变身”为超级植物，能在耐旱的同时保持高产。了解这一新的代谢途径可以帮助科学家设计出新方法，使玉米等作物能够抵御长期干旱。

普通植物马齿苋可能是一种“超级植物”。

图片来源：物理学家组织网 

在漫长的进化过程中，植物已经独立进化出各种不同的机制来改善光合作用。例如，玉米和甘蔗进化出所谓的C4光合作用，使它们能在高温下保持产量。仙人掌和龙舌兰等多汁植物则采用另一种名为CAM的光合作用，这帮助它们在沙漠和其他缺水地区生存。

耶鲁大学科学家在论文中指出，常见杂草马齿苋整合了这两种不同的代谢途径，创造出一种新型的光合作用，使马齿苋能在耐旱的同时保持高产——这对植物来说是不太可能的组合。论文高级作者、耶鲁大学生态学和进化生物学教授埃里卡·爱德华兹说：“这是一种非常罕见的性状组合，创造出一种‘超级植物’，有望应用于作物工程等领域。”

此前，大多数科学家认为C4和CAM在马齿苋叶内独立运作。但研究小组对马齿苋叶子内的基因表达进行了分析，发现C4和CAM完全整合在一起运作。它们在相同的细胞中运作，CAM反应的产物通过C4的途径进行处理。该系统在干旱时为C4植物提供了不同寻常的保护水平。此外，研究人员还建立了代谢通量模型，预测了C4+CAM集成系统的出现，反映并证实了他们的实验结果。

研究团队表示，了解这一新的代谢途径可以帮助科学家设计出新方法，使玉米等作物能够抵御长期干旱的环境。

不过，爱德华兹也强调：“尽管在将CAM循环编入C4作物（如玉米）之前，还有很多工作要做。但我们已经证明，这两种途径可以有效整合。C4和CAM比人们想象的更兼容，所以可能还有更多C4+CAM物种等待被发现。”