RAPORT

Prorosyjska era Tuska

Aby tylko nie zaschnąć!

Portulaca oleracea sativa (fot. Shutterstock/Quang Ho)
Portulaca oleracea sativa (fot. Shutterstock/Quang Ho)

Jak wielu z nas jestem na wakacjach? W regionie, który słynie z tego, że gdy widać drugi brzeg Kanału, to znaczy że będzie padać. A jak nie widać, znaczy, że już pada. W tym roku jednak i w kilku poprzednich coraz bardziej przysłowia przestają być mądrością narodów. W sezonie wegetacyjnym pada mało. Coraz mniej. Podobno nadchodzą powodzie w amerykańskiej Dolinie Śmierci... No nie wiem, czy to się wyrównuje. Uczeni szukają rozwiązań. Roślin, które kryją w sobie tajemnicę, jak przeżyć i produkować żywność z niewielkich zasobów wody.

Zombi, nekrofilia… czyli owadomorki w natarciu

Udało się wyjaśnić na poziomie molekularnym, jak niepozorny grzyb atakujący muchy jest w stanie sprawić, że samiec będzie wolał seks z samicą-zombi...

zobacz więcej

Już w 2015 zsekwencjonowano ananasa. Wtedy to botanicy z University of Illinois pod kierunkiem prof. Raya Minga ogłosili na łamach „Nature Genetics”, że poprzez sekwencjonowanie genomu ananasa namierzyli ścieżki genetyczne, które pozwalają tej roślinie rozwijać się w środowiskach o ograniczonej ilości wody.


Była to też opowieść o skomplikowanej historii ewolucyjnej traw, takich jak sorgo i ryż, które mają wspólnego przodka z ananasem. Przodkowie ananasów i traw ewoluowali z wielokrotnym podwojeniem swoich genomów. Genom ananasa ma o jedną duplikację całego genomu mniej niż sorgo czy ryż, co czyni ananasa najlepszą grupą porównawczą do badania genomów zbóż.


Kluczem jednak do pojęcia odporności na susze tej rośliny uprawianej od 6 tys. lat i pozyskiwanej dziś w 85 krajach jest fotosynteza. Jak uczą nas w szkole, proces ten przekształca energię słoneczną w energię chemiczną, umożliwiając roślinom budowę własnych tkanek. Te zjadane są przez roślinożerców i tak system kręci się od zarania życia na Ziemi.


Produkcja pierwotna daje produkcję wtórną. Ananas wykorzystuje specjalny rodzaj fotosyntezy, zwany metabolizmem kwasu krasulaceanowego, w skrócie CAM, który wyewoluował niezależnie w ponad 10 tys. gatunków roślin (charakteryzuje rośliny suszo-odporne, w tym np. gruboszowate).Ananas jest spośród nich najbardziej wartościowy ekonomicznie.

Kogo lubią komary?

„Lato z komarami” to evergreen polskiej muzyki biwakowej. Mniej zabawnie jest być naprawdę pokąsanym – niektórzy rozwijają silne reakcje...

zobacz więcej

Większość roślin uprawnych wykorzystuje inny rodzaj fotosyntezy, zwany C3


Rośliny CAM zużywają jedną piątą wody wykorzystywanej przez rośliny uprawne fotosyntetyzujące w powszechnym mechanizmie C3. Nie dziwi zatem, że mogą rosnąć na suchych, pozbawionych „wartości rolniczej” terenach. Co ciekawe, sekwencja DNA ananasa pokazała, jak splecione są ze sobą fotosynteza CAM i rytm dobowy roślin. One po prostu żyją zupełnie inaczej w dzień i w nocy, co pozwala im nie marnować zasobów wody. Na przykład fotosynteza CAM pozwala roślinom zamykać aparaty szparkowe w liściach w ciągu dnia i otwierać je w nocy.


Dzięki temu roślina CAM traci bardzo mało wilgoci przez liście w ciągu dnia. Fotosynteza CAM pozwala roślinie wchłonąć i wiązać dwutlenek węgla w cząsteczki w nocy, koncentrować go w liściach i uwalniać następnego dnia w celu fotosyntezy, gdy światło słoneczne jest dostępne.


Tę dawną na skali biologii molekularnej pracę nad genomem ananasa podsumowuje doskonale zdanie jej autorów: „Susza jest odpowiedzialna za większość globalnych strat plonów, więc zrozumienie mechanizmów, które rośliny wyewoluowały, aby przetrwać stres wodny, ma kluczowe znaczenie dla inżynierii tolerancji na suszę u gatunków roślin uprawnych”.


Podobny mechanizm „koncentracji dwutlenku węgla” w nocy do wykorzystania go w dzień charakteryzuje fotosyntezę typu C4, powszechną wśród traw, a znaną z upraw kukurydzy i trzciny cukrowej. Mechanizmy typu C4 pozwalają wybranym roślinom prowadzić fotosyntezę w wysokich temperaturach.


Najważniejsze, co udało się poznać dzięki genomowi słodkiego tropikalnego owocu, to fakt, że wszystkie rośliny zawierają niezbędne geny do fotosyntezy CAM, a ewolucja CAM nastąpiła poprzez rekonfigurację szlaków molekularnych zaangażowanych w fotosyntezę C3.


Zasadniczo, każdą zatem roślinę dałoby się teoretycznie przestawić metodami bardzo wyszukanej inżynierii genetycznej, na fotosyntezę CAM.I pustynie by zakwitły, niemalże jak w biblijnych przypowieściach.


Jeden gen – dwa razy więcej ryżu

Czasami trzeba wszystko tak bardzo zmienić, żeby nic się nie zmieniło, jak pouczał Leopardi w swoim „Lamparcie”. Czasem jednak udaje się zrobić coś...

zobacz więcej

Minęło 7 lat i ważna jest portulaka


Na początku sierpnia na łamach „Science Advances” fizjolodzy roślin z Yale opisują, w jaki sposób zwykły chwast Portulaca oleracea czyli portulaka, łączy w sobie obie fotosyntezy, CAM i C4. Tworzy w ten sposób nowy rodzaj fotosyntezy, który umożliwia tym wszędobylskim chwastom przetrwanie suszy przy jednoczesnym zachowaniu wysokiej produktywności.


Każdy z nas ma ten chwast w ogrodzie, ja zauważam od kilku lat jego wręcz inwazję. Ponieważ mam system nawadniania bezpośrednio pod rośliny, na ścieżkach nic innego nie jest w stanie przeżyć. A portulaka daje rady, mimo, że deszcz nawiedza mój ogród w sezonie wegetacyjnym nie częściej, niż co 3-4 tygodnie.


Czy portulaka to super-roślina? Wracamy do fotosyntezy, gdzie rośliny zielone wykorzystują światło słoneczne do syntezy składników odżywczych z dwutlenku węgla i wody. Zarówno wspomniana fotosynteza kukurydzy,C4, jak i ananasa–CAM, pełnią różne funkcje, ale rekrutują ten sam szlak biochemiczny, jako dodatek do regularnej fotosyntezy.


Wyjątkowość portulaki polega na tym, że posiada obie te ewolucyjne adaptacje pracujące razem, w porozumieniu i cyklicznie. To pozwala jej być zarówno wysoce produktywną w upały, jak i bardzo tolerancyjną na suszę, co jest kombinacją rzadką. W dodatku okazuje się, mechanizmy te nie działają w portulace niezależnie.


Botanicy z Uniwersytetu Yale, gdzie pierwsze skrzypce grali Jose Moreno-Villena i Haoran Zhou, przeprowadzili przestrzenną analizę ekspresji genów w liściach portulaki, by zaobserwować, że aktywność C4 i CAM jest tam całkowicie zintegrowana. Działają w tych samych komórkach, a produkty reakcji CAM są przetwarzane przez szlak C4.


I to pomaga trwać, gdy susza i gorąco. Susza bowiem nie musi wynikać z gorąca–metabolizm CAM jest właściwy dla roślin poddanych suszy fizjologicznej, czyli np. wysokiemu stężeniu soli w glebie czy niskim temperaturom, utrudniającym pobór wody.


Czy nowe badania pomogą uczonym w przyszłości lepiej uodpornić kukurydzę na suszę, gdy na razie pola trzeba po prostu nawadniać? Wiele wody jeszcze w Wiśle upłynie i lepiej módlmy się, aby okresowo latem nie wysychała. Są jednak podstawy fizjologiczne i metody bioinżynierii roślin, które pozwalają myśleć o tym poważnie.


Jak jednak objaśnił mi prof. dr hab. Stanisław Karpiński z Katedry Genetyki, Hodowli i Biotechnologii Roślin SGGW w Warszawie, dziś prace bioinżynieryjne mają za zadanie albo zwiększyć plony na drodze opisanej niedawno przez uczonych chińskich lub powodując rozrost systemu korzeniowego kukurydzy, co pozwoliłoby jej korzystać z trudno dziś dla niej dostępnych zasobów wodnych.


Jak podkreśla prof. Karpiński, CAM wyewoluował istotnie, aby przeprowadzać fotosyntezę za zamkniętymi aparatami szparkowymi (gdy brak transpiracji, więc utraty wody). Jednak do samej pracy odniósł się krytycznie. Jak zauważył w rozmowie ze mną, wiedza o samym współistnieniu metabolizmu C4 i CAM to nic nowego i bada się to zjawisko, zwane dziś „betta-karboksylacją” od ćwierć wieku, także w jego zespole.


Ponadto wszystkie rośliny wyższe mają mieszany metabolizm fotosyntetyczny. Mieszany metabolizm C3 + C4 jest również znany od ostatnich dwóch dekad. Tytoń, typowa roślina C3, wykazuje metabolizm C4 w komórkach pochwy otaczającej wiązki przewodzące. Podobnie królik laboratoryjny badaczy roślin–rzodkiewnik czyli Arabidopsis – jest w stanie zrobić C3+C4+CAM. Aczkolwiek tylko przez krótki czas

Magdalena Kawalec-Segond: Uderzyć w udar

Być może mamy w ręku nowy lek, który pomaga w naprawie uszkodzeń martwych fragmentów mózgu dotkniętych niedawnym udarem. Prosto rzekłszy – w...

zobacz więcej

Portulaka do garnka


Mnie fascynuje, że portulaka jest w istocie nie tylko wszędobylskim chwastem, ale i rośliną jadalną. Podgatunek Portulaca oleracea sativa bywa nawet uprawiany, np. na Krecie, dla liści i pędów zawierających duże ilości orzeźwiającego soku o lekkich właściwościach oczyszczających.


Spożywanie jej wspomaga zatem trawienie. Liście można przyrządzać jak szpinak, a mięsiste łodygi jak szparagi. Daje się jeść surowa, w sałatkach, nadając im lekko kwaskowy smak.


Portulaka dostarcza sporo antyoksydantów, omega 3,witamin A i C oraz wapnia, żelaza, sodu, potasu i magnezu. W ostateczności zatem, gdy zawiedzie bioinżynieria, pozostanie nam przejście na wykorzystanie tego warzywa tak w naszej kuchni, jak i w zagrodzie, dla karmienia zwierząt gospodarskich.

Aplikacja mobilna TVP INFO na urządzenia mobilne Aplikacja mobilna TVP INFO na urządzenia mobilne
źródło:
Zobacz więcej