刚刚发现,植物的呼吸过程中有一个以前未知的步骤

研究人员刚刚发现了一个以前未知的过程,可以解释植物在呼吸作用时的做出的“秘密决策”。

刚刚发现,植物的呼吸过程中有一个以前未知的步骤

西澳大利亚大学植物生物化学家 Harvey Millar 告诉 ScienceAlert 说:“我们发现植物以一种我们没有预料到的方式控制它们的呼吸,它们通过使用新陈代谢通道来控制它们保持的光合作用中的碳量,以建立生物量。”

“这发生在它们决定燃烧一种叫做丙酮酸的化合物以制造二氧化碳并将其释放回大气之前的一步。”

回想高中生物学,您可能还记得在光合作用过程中,植物会制造糖或蔗糖。植物通常会产生过量的蔗糖。一些被储存,一些被降解。后者被称为三羧酸循环,它对生命同样重要。

作为这个循环的一部分,具有十二个碳原子的蔗糖被分解成具有六个碳原子的葡萄糖。然后葡萄糖被分解成具有三个碳的丙酮酸。使用丙酮酸作为能源会产生二氧化碳作为废物。

“丙酮酸是决定的最后一选项,你可以燃烧它并释放二氧化碳,或者你可以用它来制造磷脂、储存的植物油、氨基酸和其他制造生物质所需的东西。”

这一发现是在研究一种称为拟南芥的经典植物模式生物时发现的。由西澳大利亚大学植物分子科学家 Xuyen Le 领导的研究团队用 C13(一种碳同位素)标记丙酮酸,以追踪它在三羧酸循环中的转移位置,并发现来自不同来源的丙酮酸的使用方式不同。

这意味着植物实际上可以追踪丙酮酸的来源并采取相应的行动,选择释放它,或者将其保留用于其他目的。

“我们发现线粒体上的一种转运蛋白会引导丙酮酸进行呼吸以释放二氧化碳,但以其他方式产生的丙酮酸会被植物细胞保留以产生生物量——如果转运蛋白被阻断,植物就会使用其他途径的丙酮酸进行呼吸。”

研究小组认为,这种决策能力打破了生物化学的正常规则,通常情况下,每个反应都是一场竞争,并且这些过程无法控制产品的去向。

“代谢通道打破了这些规则,它揭示了代谢过程中的既定决定,不受其他反应的影响。这不是第一个被发现的代谢通道,但它们相对罕见,这是第一个证据表明有一个代谢通道在呼吸中控制这一过程。”

尽管植物是二氧化碳的极好储存器——仅森林就储存了大约 400 吉吨的碳——但并不是植物吸收的每一个二氧化碳分子都会被保留下来。植物吸收的二氧化碳中约有一半被释放回大气中。

能够让植物在这个过程中储存更多的二氧化碳可能是帮助我们应对气候变化困境的一种迷人方式。

“当我们考虑为未来构建和培育植被时——我们不应该仅仅考虑它们如何成为我们健康的食物来源,还要考虑它们是否可以成为我们所有人的大气健康的良好碳储存器。”

因为研究人员才刚刚发现了这种生化过程,有关应用还停留在纸面上。但是,如果我们能够劫持植物做出碳储存决策的方式,可能有助于增强植物的固碳能力。

该研究已发表在《自然·植物》上。

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