作者:Donald Ort 来源:《科学》 发布时间:2019/1/15 13:34:29
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修复光合作用提升作物产量

 

在进化基本失败的地方,智慧设计成功了。生物学家通过弥补光合作用的一个重要缺陷,使烟草生物量增加了约40%。相关成果日前发表于《科学》杂志。

目前,该团队正从豇豆和大豆入手,试图将相同的变化引入食用作物。“资助机构非常渴望让全世界最贫困人群掌握这项技术。”团队成员、美国伊利诺伊大学的Amanda Cavanagh表示。

生命的关键成分是由碳原子链形成的分子。植物会组装这些来自碳原子的链条,而碳原子则来自空气中的二氧化碳分子。

不过,抓住二氧化碳并将其添加到碳链中的酶,通常会错误地抓住氧分子。这产生了毒性分子,导致植物不得不消耗能量将前者消除。这种重要缺陷被描述为进化的最大错误之一。

公平地说,当光合作用最早进化出来时,这不是一个大问题,因为周围的空气很少。但在漫长的进化年代里,随着氧气含量上升和二氧化碳浓度下降,这变成植物的一个大问题。如今,错误抓住氧气(被称为光呼吸)发生得如此频繁,以至于它能使光合作用的效率降低50%。

在进化过程中,一些植物找到了解决办法:充分利用体内的二氧化碳,以减少错误抓住氧气的几率。但人类食用的大多数植物,包括几乎所有的蔬菜和水果以及诸如小麦、水稻和大豆等,都无法做到这一点。几十年来,生物学家一直试图寻找解决办法。

基于此前工作,Cavanagh和同事设计了3种处理光呼吸有毒副产品的替代通路。“我们试图做的是重新变更整个流程。”Cavanagh说。

他们通过基因工程将这些通路安装到烟草中。之所以选择烟草,是因为它是一种很容易修改的作物并且拥有较短的生命周期。在两个季节的田间测试中,表现最好的植物的生物量增加了超过百分之四十。(来源:中国科学报 宗华)

相关论文信息:DOI: 10.1126/science.aat9077

 
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