Od fotosyntezy typu C₃ do CAM i z powrotem, czyli o niezwykłych zdolnościach tolerancji stresu solnego u kryształki lśniącej (Mesembryanthemum crystallinum L.)

Fotosynteza typu CAM (Crassulacean Acid Metabolism) to szczególny typ fotosyntezy, realizowany często przez rośliny środowisk suchych i gorących. Jego istotą jest prowadzenie oszczędnej gospodarki wodnej. CAM różni się od pozostałych typów fotosyntezy sposobem pobierania CO₂ – dzieje się to w nocy, kiedy aparaty szparkowe są otwarte, a zasymilowany dwutlenek węgla jest magazynowany w formie jabłczanu. W ciągu dnia aparaty szparkowe zasadniczo pozostają zamknięte w celu ochrony przed utratą wody, a CO₂ jest wykorzystywany w fazie ciemnej fotosyntezy, podobnie jak to ma miejsce u roślin C₃. CAM występuje jedynie u około 6% wszystkich gatunków roślin wyższych. Co ciekawe, wśród tych roślin istnieje niewielka grupa tzw. roślin fakultatywnych CAM – gatunków, u których CAM pojawia się dopiero po zadziałaniu czynników stresowych, takich jak susza lub zasolenie.

Jedną z roślin, u których fotosynteza CAM może być indukowana, jest kryształka lśniąca (Mesembryanthemum crystallinum L.), pochodząca z terenów Afryki Południowej i Wschodniej. Roślina ta jest obiektem wieloletnich badań prowadzonych przez zespół prof. dr hab. Zbigniewa Miszalskiego z naszego Instytutu. Badania te skupiają się na fizjologicznych, biochemicznych oraz molekularnych aspektach funkcjonowania metabolizmu fotosyntetycznego typu C₃ i CAM. W ostatnich latach prof. Miszalski, we współpracy z naukowcami z Uniwersytetu Pedagogicznego w Krakowie i Uniwersytetu Jagiellońskiego, wykazał, że kryształka lśniąca po ustąpieniu czynników indukujących CAM jest zdolna do powrotu do realizowanej wcześniej fotosyntezy C₃. Najnowszy artykuł, którego prof. Miszalski jest współautorem, dostarcza szczegółowych informacji na temat tempa i zakresu zmian parametrów fizjologicznych towarzyszących przełączaniu się pomiędzy CAM i C₃. Podczas indukcji CAM (czynnikiem indukującym był NaCl) zaobserwowano m.in. obniżenie wydajności kwantowej PSII (Y(II)) i PSI (Y(I)) oraz wzrost tzw. wygaszania niefotochemicznego (NPQ). Wartości tych parametrów wracały do stanu początkowego (charakterystycznego dla roślin prowadzących fotosyntezę C₃) już po 48 godzinach po usunięciu NaCl z podłoża. Pęcznienie tylakoidów oraz powstałe zmiany w rozmiarze ziaren skrobi, charakterystyczne dla fotosyntezy CAM, zanikały jeszcze szybciej (po 24 godzinach) po usunięciu czynnika stresowego. Dodatkowo wykazano, że zmianom w funkcjonowaniu fotosystemów i ultrastrukturze chloroplastów towarzyszyła indukcja genów związanych z centrum reakcji PSI i PSII. Wyniki pokazują, że kryształka lśniąca posiada jeden z najbardziej elastycznych szlaków fotosyntezy wśród fakultatywnych roślin CAM, co świadczy o jej niezwykłych zdolnościach adaptacyjnych do stresów środowiskowych.

Źródłowy artykuł:

Nosek M., Gawrońska K., Rozpądek P., Sujkowska‐Rybkowska M., Miszalski Z., Kornaś A. 2021. At the edges of photosynthetic metabolic plasticity – on the rapidity and extent of changes accompanying salinity stress‐induced CAM photosynthesis withdrawal. International Journal of Molecular Sciences 22: 8426. DOI

Kryształka lśniąca.
Foto: Paulina Supel.

Kryształka lśniąca.
Foto: Adriana Kaczmarczyk.

Kryształka lśniąca.
Foto: Adriana Kaczmarczyk.