解开提高植物产量的“密码”

本报讯（记者 郜阳）温度是影响植物生长周期和地理分布的主要因素之一。全球气候变暖造成的高温胁迫，日益成为现代农业生产体系所面临的严峻挑战，同时也对世界粮食安全造成严重威胁。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取得了新突破：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）。

近日，国际植物生物学著名期刊《自然·植物》（Nature Plants）在线发表了这一突破性研究成果。

增加细胞核源D1合成途径显著增强了植物的高温抗性、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而言，这一创新性的发现具有重要的理论意义和应用价值。

据介绍，植物细胞中的叶绿体是进行光合作用的主要场所，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，抑制光合作用过程，其主要原因是造成“栖息”在叶绿体类囊体膜上光合复合体PSII关键蛋白D1的迅速降解，叶片光合机能下降，进而导致作物严重减产。

郭房庆组科研团队突破常规的思维定式和认知局限，认为D1可能是PSII这个“木桶”中最短的“板”，补充D1很可能是提高植物光合效率的关键点。郭房庆研究组的进展证实了植物在正常生长和高温胁迫下对于D1的需求是高水平的，天然的叶绿体D1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。该发现颠覆了这个领域科学家对于D1蛋白在光合作用中限制性功能的认知，为提高植物光能利用效率方面的一个重要突破性进展，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。