工程植物抵御气候变化的挑战

对植物、气候变化的承诺一件事可以肯定的,增加的压力。毕竟,植物扎根。他们没有选择的天气适合他们的地方。更广泛的温度和提高水平的波动在全世界许多地区干旱已经使他们的生活更加困难。

植物是非常复杂和敏感的系统。即使在今天和稳定的气候区,光线的变化水平可以降低增长率和作物产量。例如,工厂已经开发出复杂的细胞机制,保护他们免受有害的高光照强度对光合作用的影响。在一个这样的光保护过程中,多余的光能量消散热量才能破坏光合仪。这降低了收益率但它非常符合工厂的利益。

三种酶在这个适应过程中,扮演着重要角色,被称为V,简称P和Z。在2016年发表的一篇论文,这吸引了大量的关注,一个美国研究小组在烟草植物中这三个基因的蛋白质,从而增加酶的数量产生的叶子。他们随后发现,在田间条件下,这些“VPZ”行利率增长速度比控制植物与正常水平的酶。LMU生物学家安东尼Garcia-Molina和达里奥鱼叉已经执行基本相同的实验模型拟南芥(thale水芹)。

他们的研究结果证实,在烟草、更高水平的V, P和Z降低利率的光合作用而使植物适应更快(事实上,甚至高于烟草)波动的光水平。然而,至关重要的是拟南芥VPZ行不超过控制植物生长。相反,过度的三个酶导致生长迟缓。“这清楚地表明,它不是那么容易产生植物更好的适应一些研究小组有自信地认为,“鱼叉言论。“事实上,更高水平的光会干扰其他的操作机制,对植物生长很重要。”

鱼叉,基本上这些数据证明目标适应植物促进成功的适应变化的气候环境可能是一个非常复杂的任务。他们肯定表明,一个人不能总是期望带来增加抵抗干燥或优化收益率波动的光下的水平仅仅通过调整一些蛋白质的水平。“植物的生理过程是紧密联系的。这使它无法预测的影响翻转这个开关或螺丝收紧,”他说。

这就解释了为什么他和他的同事们方法的问题有针对性的适应从系统生物学的角度来看,一个“整体”的观点,他称之为。例如,努力提高收益率或生物量增加光合作用的效率还必须确保可用的额外能量实际上是用于提高增长。原则上,增强光合性能应该导致捕获更多的精力和更高水平的代谢物。但这额外的能量和大量的化合物必须把一些有益的使用。在缺乏任何“附加值”,增加了植物的光合作用可以被证明是有害的。

分析这样的复杂关系的存在的理由是跨地区协作研究中心TR175,鱼叉的校长协调员。参与该项目的科学家们寻求理解植物如何应对生物和非生物环境因素,如干旱、光线和温度水平,通过分析它们对所有可测量的代谢物的浓度的影响,在植物细胞中转录和蛋白质。这些数据的帮助下,他们希望确定的关键组件,允许植物应对不同的条件。

的农作物,是人类不可或缺的营养,背后的机制增长率之间的权衡,增加生物量和产量也必须考虑。“在气候变化的背景下,这样做是为了帮助植物适应环境的变化通过引入目标基因变化,让他们处理改变了环境参数,“鱼叉解释道。研究人员将这种策略称为“辅助进化”。“为了有一个现实的机会找到可持续的解决方案,我们必须采用一种系统化的方法,植物的积极适应环境条件的变化,”他说。

在这方面,已经取得了一些进展,某些种类的藻类,很短的一代时期,它允许快速成功的适应是检测的实例。这样的系统可以作为来源可能有用的基因突变,可以引入绿色植物。

参考

Garcia-Molina和鱼叉。(2020)加速松弛光损害生物量积累拟南芥。自然植物。DOI: https://doi.org/10.1038/s41477 - 019 - 0572 - z

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