龙舌兰或暗藏抗旱密钥(龙舌兰、基因、光合作用)

研究人员希望把龙舌兰的抗旱特性转移到更多农作物上。图片来源：brewbooks

或许，和龙舌兰联系最多的莫过于龙舌兰酒，但是这种植物还有一种不常见的用途。现在，该植物正在教研究人员学习如何制造出更抗旱的植物。

这种耐寒的肉质植物和霸王树（一种可以食用的仙人掌）、菠萝、香草兰花一样，在数千万年的进化过程中，具备了一种不同的光合作用，可以让植物在难以获得水的半干旱环境中生存。

这一过程叫作景天酸代谢（CAM），一些研究人员对这一过程的研究已经持续了数十年，因为具备这种代谢功能的植物会消耗更少的水。然而，最近两三年来，越来越多的研究人员开始尝试认识这种光合作用，并把它转移到其他植物物种体内。

在植物中重新制造整个代谢通路绝不是一件简单的事。在研究人员搞清楚与其基本功能相关联的所有基因以及运能机制之后，他们就要找到一种把基因材料植入目标植物的途径，或者让植物中存在的基因和蛋白按照研究人员想要的方式运转。总的来说，该过程会包含大约100个基因，尽管研究人员表示仍不知道确切的基因数量。

美国橡树岭国家实验室生物学家Xiaohan Yang就是其中一名尝试让CAM在其他植物中发挥作用的研究人员。他表示，考虑到气候变化带来的干旱，在过去几年中，研究人员对于CAM的兴趣迅速增长，政府的相关投资也在上升。

那么，是什么让龙舌兰和仙人掌等植物的光合作用如此特别呢？和大多数在白天通过叶片中的气孔吸收二氧化碳的植物（即C3和C4类植物）不同，CAM植物在晚上吸收二氧化碳。这种光合作用时间的变化意味着植物通过呼吸作用散发的水汽更少。事实上，CAM植物消耗的水分别仅是C3植物和C4植物的1/5和1/3。

然而，CAM植物也需要一种在晚间储存碳的方式，因为和其他植物一样，如果没有日照，它们就不能把碳转变成糖和淀粉等能量储备。CAM植物则通过暂时把碳储存在一个羟基丁二酸过渡池中实现能量储备。当太阳升起时，植物会分解有机酸，释放出二氧化碳。由此来看，这种植物可以进行类似C3植物的光合作用，只不过它们叶片上的气孔未保持打开状态，因为叶片中已经可以获得碳。

目前，对于Yang等科研人员来说，相关挑战就是如何找到一种让其他植物形成这种夜间碳储存的方式。“我们已经掌握了有哪些基因对于CAM植物非常重要。”Yang说，“现在，我们正在研究如何让这些基因汇聚在一起，那样我们就可以检测其效率了。”（红枫）

《中国科学报》 (2015-07-15 第2版 国际)