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科研人员研究提高植物光合效率 应对全球变暖下粮食安全挑战
【菠萝影院app】 时间:2020-04-21 来源:中国新闻网 【收藏本頁
  增加细胞核源D1合成途径显著增强植物的高温抗性,光合作用效率,生物量和产量。中国科学院分子植物科学卓越创新中心 供图

  中新网上海4月21日电 (申海)国际植物生物学知名期刊Nature Plants 21日在线发表了中国科学院分子植物科学卓越创新中心,植物分子遗传国家重点实验室郭房庆研究组的最新研究成果。该研究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的,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)。据介绍,增加细胞核源D1合成途径显著增强植物的高温抗性,光合作用效率,二氧化碳同化速率,生物量和产量;从为植物细胞增加一条全新的D1合成途径并显著提高光能利用效率角度而言,这一原始创新性的发现具有重要的理论意义和应用价值。

  溫度是影響植物生長周期和地理分布的主要因素之一。隨著溫室效應的加劇,全球氣候變暖造成的高溫脅迫日益成爲現代農業生産體系所面臨的嚴峻挑戰,同時也對世界糧食安全造成嚴重威脅。

  植物細胞中的葉綠體是進行光合作用的主要場所,陽光充足(高光強)或高溫脅迫通常會引起葉綠體中活性氧累積,抑制光合作用過程,其主要原因是造成“棲息”在葉綠體類囊體膜上光合複合體PSII關鍵蛋白D1的迅速降解,葉片光合機能下降,進而導致作物嚴重減産。如何提高強光條件下或高溫脅迫下PSII的修複效率,進而增強植物的光合效率,生物量和産量是長期困擾這一領域科學家的基礎性科學問題和挑戰性難題。

  郭房慶組科研團隊,認爲D1可能是PSII這個“木桶”中最短的“板”,補充D1很可能是提高植物光合效率的關鍵點。該團隊的研究進展證實了植物在正常生長和高溫脅迫下對于D1的需求是高水平的,天然的葉綠體D1合成途徑滿足不了植物快速生長和抵抗高溫脅迫對于新合成D1蛋白的需求。該發現突破了這個領域科學家對于D1蛋白在光合作用中限制性功能的認知,爲提高植物光能利用效率方面的一個重要突破性進展,有助應對溫室效應導致全球氣候變暖條件下的糧食安全生産挑戰。

  該工作得到了中國科學院先導項目(B類)、科技部國家重點研發計劃和國家自然科學基金委員會等項目的資助。
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