创新背景

马齿苋是田头路边随处可见的一种野菜，属于草本植物。它耐旱，生命力很强，即使拔起久晒，也不会枯死。它也叫马苋、五行草、五方草、长寿菜、九头狮子草、马胜菜。叶像马齿，而且具有滑利性，因而得名马齿苋。这种普通的杂草为培育抗旱作物提供了重要的线索。

创新过程

耶鲁大学的研究团队描述了马齿苋是如何通过整合两种不同的代谢途径，从而产生一种新型的光合作用，使这种杂草能够忍受干旱的同时保持高产。这项研究成果于2022年8月5日发表在《科学进展》(Science Advances)杂志上。

植物已经独立进化出各种不同的机制来改善光合作用，这是绿色植物利用阳光从二氧化碳和水中合成营养物质的过程。例如，玉米和甘蔗进化出了C4光合作用，使植物在高温下保持高产。仙人掌和龙舌兰等多肉植物具有另一种类型的CAM光合作用，这使得它们能够在沙漠和其他缺水地区生存。C4和CAM的功能不同，但会吸收相同的生化途径作为常规光合作用的“附加物”。

而马齿苋的独特之处在于它同时拥有这两种进化适应能力——这使得它既高产又耐旱，这对一种植物来说是不太可能的组合。此前，大多数科学家都认为C4和CAM光合作用在马齿苋的叶子中独立运作。但是，在这项研究中，研究团队对马齿苋叶片内的基因表达进行了空间分析，发现C4和CAM活性是完全整合的。它们在相同的细胞中运作，CAM反应的产物通过C4途径处理。这个系统在干旱时期为C4植物提供了不同寻常的保护。

这种罕见的性状组合，使得马齿苋成为了一种“超级植物”，也在生物工程等方面提供了有用的信息。

若想把在玉米等C4作物中引入CAM循环还有很多工作要做。本项研究已经表明，C4和CAM这两种途径可以有效整合，共享产品。C4和CAM比想象中更兼容，或许还有更多C4+CAM物种等待人们去发现。

创新关键点

研究团队通过对马齿苋叶片内的基因表达进行分析发现，C4和CAM活性在马齿苋中是完全整合的，两种途径在相同的细胞中运作，为植物提供强力的保护。了解这一新的代谢途径可以帮助科学家设计出新的方法来改造玉米等作物，以帮助植物抵御长时间的干旱。