作者:何静 来源: 中国科学报 发布时间:2020-4-22
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“双途径”机制让光合作用不受“高温”困扰

 

本报讯(记者何静)中国科学院分子植物科学卓越创新中心研究员郭房庆团队在提高植物光合效率和产量方面取得突破性研究成果,让“光合作用”不再被“高温”困扰,为应对温室效应导致全球气候变暖条件下的粮食安全生产挑战,提供了解决方案。相关成果4月21日在线发表于《自然—植物》。

叶绿体是植物细胞中进行光合作用的场所,阳光充足(高光强)或高温胁迫通常会引起叶绿体中活性氧累积,而这会显著抑制“栖息”在叶绿体类囊体膜上光合复合体PSII关键蛋白D1的翻译过程,PSII复合体的修复效率降低,叶片光合机能下降,进而导致作物严重减产。

研究团队突破思维定式和认知局限,认为补充D1蛋白很可能是提高植物光合效率的关键点。

叶绿体作为半自主性的细胞器,具有自己的基因组,编码D1蛋白的叶绿体基因为psbA。研究人员将克隆的拟南芥叶绿体基因psbA整合到核基因组中,并由强力响应高温胁迫的启动子驱动表达。研究人员表示,将这一全新构建的融合基因整合进拟南芥、烟草和水稻基因组,相当于将它们天然具有的叶绿体基因psbA成功“拷贝”到核基因组并同时获得响应高温胁迫启动表达的特性。

研究表明,每种植物三个改良株系均生长旺盛,高温抗性、光合效率、二氧化碳同化速率、生物量等方面相较于野生型均有大幅度的增加。研究同时证实了植物在正常生长和高温胁迫下对于D1蛋白的需求处于高水平,天然的叶绿体D1蛋白合成途径满足不了植物快速生长和抵抗高温胁迫对于新合成D1蛋白的需求。

在该项成果中,研究人员通过遗传工程手段在拟南芥、烟草和水稻中创建了一条全新且由高温响应启动子驱动的细胞核融合基因表达的D1蛋白合成途径,建立了植物细胞D1蛋白合成的“双途径”机制(天然的叶绿体途径和创建的核途径)。

相关论文信息:https://doi.org/10.1038/s41477-020-0629-z

《中国科学报》 (2020-04-22 第1版 要闻)
 
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