Plantenwetenschappers van de Universiteit van Liverpool hebben nieuwe inzichten onthuld in de mechanismen die ervoor zorgen dat bepaalde planten water kunnen besparen en droogte kunnen verdragen.

Het onderzoek, die is gepubliceerd in De plantencel , kunnen worden gebruikt om nieuwe gewassen te helpen produceren die kunnen gedijen in voorheen onherbergzame, hete en droge gebieden over de hele wereld.

Droogtebestendige planten, zoals cactussen, agaves en vetplanten, gebruik maken van een verbeterde vorm van fotosynthese die bekend staat als het metabolisme van crassulaceanzuur, of CAM, waterverlies te minimaliseren.

Fotosynthese houdt in dat koolstofdioxide uit de atmosfeer wordt gehaald om met behulp van zonlicht in suikers om te zetten. In tegenstelling tot andere planten, CAM-planten kunnen tijdens de koelere nacht CO2 opnemen, wat waterverlies vermindert, en sla gevangen CO2 op als appelzuur in de cel, waardoor het de volgende dag kan worden gebruikt voor fotosynthese zonder waterverlies.

CAM-fotosynthese wordt gereguleerd door de interne circadiane klok van de plant, waardoor planten dag en nacht kunnen differentiëren en vooruitlopen en hun metabolisme dienovereenkomstig kunnen aanpassen. Echter, Er is relatief weinig bekend over de exacte moleculaire processen die ten grondslag liggen aan het optimale tijdstip waarop CO2 op deze unieke manier wordt opgeslagen en vrijkomt.

Een team van onderzoekers van het Institute of Integrative Biology van de universiteit heeft gekeken naar een interessant enzym, PPCK genaamd, dat betrokken is bij het beheersen van de omzetting van CO2 in zijn 's nachts opgeslagen vorm (appelzuur; het fruitzuur dat appels scherp laat smaken) en weer terug. Ze wilden weten of PPCK een noodzakelijke component is voor de engineering van CAM-fotosynthese en testten dit door het PPCK-gen uit te schakelen in de succulente CAM-plant Kalanchoë fedtschenkoi.

Ze vonden dat, om CAM goed te laten werken, de cellen moeten elke nacht PPCK inschakelen, aangedreven door hun interne circadiane klok. Toen ze voorkomen dat Kalanchoë 's nachts PPCK maakte, de planten konden slechts een derde van de CO2 opvangen die de normale planten opvangen.

In aanvulling, ze ontdekten dat de planten die niet in staat waren om elke nacht PPCK te maken, veranderingen hadden in hun circadiane klok, een verrassende bevinding die suggereert dat metabolieten geassocieerd met CAM informatie over de tijd van de dag doorgeven aan de centrale tijdwaarnemer van de plant.

Dr. James Hartwell merkte op:"Droogte is een belangrijke oorzaak van wereldwijde oogstverliezen, dus het begrijpen van de mechanismen die sommige aan de woestijn aangepaste planten hebben ontwikkeld om waterstress te overleven, is van vitaal belang voor het ontwikkelen van verbeterde droogtetolerantie bij gewassoorten.

"Ons werk toont aan dat voortdurende inspanningen om CAM-fotosynthese in andere planten te ontwikkelen, PPCK moeten omvatten. De onverwachte complexiteit die we hebben onthuld in de relatie tussen PPCK, CAM en de circadiane klok benadrukken ook de noodzaak van voortgezet onderzoek naar CAM-processen voordat we hun manieren volledig kunnen begrijpen en exploiteren."