ჩვეულებრივი სარეველა ბალახი ფლობს მინიშნებებს იმის შესახებ, როგორ შევქმნათ გვალვაგამძლე სასოფლო-სამეურნეო მცენარეები მსოფლიოში, რომელსაც კლიმატის ცვლილება უტევს.
მეცნიერები აღწერენ, როგორ არის დანდურში (Portulaca oleracea) გაერთიანებული ორი სხვადასხვა მეტაბოლური გზა, რათა წარმოიქმნას ფოტოსინთეზის ახალი ტიპი, რომელიც ამ მცენარეს გვალვის ატანისა და თან ძლიერი პროდუქტიულობის უნარს აძლევს.
„ეს გახლავთ თვისებათა ძლიერ იშვიათი კომბინაცია, რამაც ერთგვარი „სუპერმცენარე“ წარმოქმნა — ისეთი, რომელიც პოტენციურად შეიძლება გამოგვადგეს მცენარეების ინჟინერიაში“, — ამბობს კვლევის ავტორი, იელის უნივერსიტეტის ეკოლოგიისა და ევოლუციური ბიოლოგიის პროფესორი ერიკა ედვარდსი.
მცენარეებმა ერთმანეთისგან დამოუკიდებლად გამოიმუშავეს სხვადასხვა მექანიზმები ფოტოსინთეზის გასაუმჯობესებლად — პროცესის, რომლის წყალობითაც, მწვანე მცენარეები მზის სინათლის გამოყენებით, ნახშირორჟანგისა და წყლის სინთეზს საკვებ ნივთიერებებად ახდენენ. მაგალითად, სიმინდსა და შაქრის ლერწამს ჩამოუყალიბდა ე. წ. C4 ფოტოსინთეზი, რომლის დამსახურებითაც, მცენარე ძლიერ პროდუქტიული რჩება მაღალი ტემპერატურის პირობებშიც.
ფოტოსინთეზის კიდევ ერთ ტიპს, სახელად CAM-ს ფლობენ სუკულენტები, მაგალითად, კაქტუსები და აგავა, რაც მათ უდაბნოებსა და წყალმცირე რეგიონებში გადარჩენაში ეხმარება. C4-იც და CAM-იც სხვადასხვა ფუნქციებს ასრულებს, მაგრამ უხმობს ერთნაირ ბიოქიმიურ გზას, რათა მან ფოტოსინთეზის რეგულირებისთვის „დამატებით“ მექანიზმად იმოქმედოს.
მცენარე დანდური უნიკალურია იმით, რომ ის ამ ორივე ევოლუციურ ადაპტაციას ფლობს, რისი წყალობითაც, ეს მცენარე არის როგორც ძლიერ პროდუქტიული, ისე ძალიან გვალვაგამძლე; ასეთი კომბინაცია მცენარეებში იშვიათია. მეცნიერთა უმეტესობას მიაჩნდა, C4 და CAM-ი დანდურის ფოთლებში ერთმანეთისგან დამოუკიდებლად მოქმედებდა.
თუმცა, იელის უნივერსიტეტის მკვლევართა ჯგუფმა დანდურის ფოთლებში გენის ექსპრესიის სივრცული ანალიზების შემდეგ დაასკვნა, რომ C4-ისა და CAM-ის აქტივობა სრულიად ინტეგრირებულია. ისინი მოქმედებენ ერთსა და იმავე უჯრედებში — CAM-ის რეაქციათა პროდუქტებს C4-ის მეტაბოლური გზა ამუშავებს. ეს სისტემა გვალვაში თავდაცვის უჩვეულო დონეს განაპირობებს.
მკვლევრებმა ასევე შექმნეს მეტაბოლური ნაკადის მოდელები, რომლებმაც მათ მიერ ექსპერიმენტულად მიღებული C4+CAM სისტემების ჩამოყალიბების პროგნოზი გააკეთა.
ამ ახალი მეტაბოლური გზის შესწავლა მეცნიერებს შეიძლება დაეხმაროს ისეთი ახალი გზების გამოგონებაში, რომელთა საფუძველზეც, ინჟინერიით გამოიყვანენ გვალვაგამძლე სასოფლო-სამეურნეო კულტურებს.
„C4 ფოტოსინთეზის მქონე მცენარეებში, მაგალითად, სიმინდში, ინჟინერიით CAM ფოტოსინთეზის ციკლების ჩასმა ჯერ კიდევ ბევრ მუშაობას მოითხოვს, ვიდრე რეალობად იქცევა. თუმცა, ვაჩვენეთ, რომ შესაძლებელია ამ ორი გზის ეფექტიანად ინტეგრირება. C4 და CAM ერთმანეთთან იმაზე მეტად თავსებადია, ვიდრე ვფიქრობდით, რას გვიჩენს ვარაუდს, რომ მცენარეთა კიდევ ბევრი სხვა C4+CAM სახეობა არსებობს, რომლებიც ჯერ არ აღმოგვიჩენია“, — ამბობს კვლევის ავტორი, იელის უნივერსიტეტის ეკოლოგიისა და ევოლუციური ბიოლოგიის პროფესორი ერიკა ედვარდსი.
კვლევა Science Advances-ში გამოქვეყნდა.
მომზადებულია yale.edu-ს მიხედვით.
