研究雜草可能是農業科學家未來發展抗旱作物的關鍵。在一個被氣候變化困擾的世界里，一種常見的雜草為如何開發抗旱作物提供了關鍵的提示。據耶魯大學的科學家稱，馬齒莧（其實也被我們視為一種野菜）結合了兩種不同的代謝途徑，產生了一種獨特的光合作用，使該植物能夠抵禦乾旱，同時保持極高的產量。研究人員最近在《科學進展》雜誌上發表了他們的發現。
耶魯大學生態學和進化生物學教授、該論文的資深作者Erika Edwards說：”這是一種非常罕見的性狀組合，創造了一種’超級植物’–一種可能對作物工程等工作有用的植物。”
植物已經發展出一套多樣化的過程來加強光合作用，這是綠色植物利用陽光從二氧化碳和水合成營養物質的過程。例如，玉米和甘蔗進化出了C4光合作用，這使得植物能夠在高溫下保持生產力。琥珀類植物，如仙人掌和瓊花，有另一種光合作用，稱為CAM光合作用，這使它們能夠生活在沙漠和其他乾燥地區。C4和CAM有不同的功能，然而它們都使用相同的生化途徑，作為傳統光合作用的”附加物”。
馬齒莧的獨特之處在於它同時表現出這兩種進化的適應性，使它既能高產又能耐旱，這對一種植物來說是不尋常的組合。大多數科學家認為，C4和CAM在馬齒莧的葉子里分別獨立運作。
不過，由共同通訊作者和博士後學者Jose Moreno-Villena和Haoran Zhou領導的耶魯大學團隊，對馬齒莧葉片內的基因表達進行了空間分析，發現C4和CAM活動是完全整合的。它們在同一個細胞中運作，甚至是順序進行：CAM反應的產物被C4途徑處理。這個系統在乾旱時期為C4植物提供了不同尋常的保護。
研究人員還建立了代謝通量模型，預測了一個綜合的C4+CAM系統的出現，反映了他們的實驗結果。
作者說，了解這種新的代謝途徑可以幫助科學家設計新的方法來設計玉米等作物，以幫助抵禦長時間的乾旱。
Edwards說：”就在C4作物（如玉米）中設計CAM循環而言，在成為現實之前，仍有許多工作要做。但是研究結果已經表明，這兩種途徑可以有效地整合併分享產品。C4和CAM比我們想象的更加兼容，這使我們懷疑還有更多的C4+CAM物種，等待我們去發現。”