中新網(wǎng)上海4月21日電 (申海) 國際植物生物學(xué)知名期刊Nature Plants 21日在線發(fā)表了中國科學(xué)院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心，植物分子遺傳國家重點實驗室郭房慶研究組的最新研究成果。該研究通過遺傳工程手段在擬南芥、煙草和水稻中創(chuàng)建了一條全新的，且由高溫響應(yīng)啟動子驅(qū)動的細胞核融合基因表達的D1蛋白合成途徑，建立了植物細胞D1蛋白合成的“雙途徑”機制(天然的葉綠體途徑和創(chuàng)建的核途徑)。據(jù)介紹，增加細胞核源D1合成途徑顯著增強植物的高溫抗性，光合作用效率，二氧化碳同化速率，生物量和產(chǎn)量；從為植物細胞增加一條全新的D1合成途徑并顯著提高光能利用效率角度而言，這一原始創(chuàng)新性的發(fā)現(xiàn)具有重要的理論意義和應(yīng)用價值。
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(yīng)的加劇，全球氣候變暖造成的高溫脅迫日益成為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)體系所面臨的嚴峻挑戰(zhàn)，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復(fù)合體PSII關(guān)鍵蛋白D1的迅速降解，葉片光合機能下降，進而導(dǎo)致作物嚴重減產(chǎn)。如何提高強光條件下或高溫脅迫下PSII的修復(fù)效率，進而增強植物的光合效率，生物量和產(chǎn)量是長期困擾這一領(lǐng)域科學(xué)家的基礎(chǔ)性科學(xué)問題和挑戰(zhàn)性難題。
郭房慶組科研團隊，認為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(guān)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(fā)現(xiàn)突破了這個領(lǐng)域科學(xué)家對于D1蛋白在光合作用中限制性功能的認知，為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(yīng)對溫室效應(yīng)導(dǎo)致全球氣候變暖條件下的糧食安全生產(chǎn)挑戰(zhàn)。
該工作得到了中國科學(xué)院先導(dǎo)項目(B類)、科技部國家重點研發(fā)計劃和國家自然科學(xué)基金委員會等項目的資助。
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