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发现光合作用的瓶颈可能会对粮食作物产生重大影响

  • 科学
  • 2019-08-17 10:43:54
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科学家们已经找到了如何缓解植物将阳光转化为食物的过程中的瓶颈,这可能会导致作物产量的增加。他们发现产生更多的蛋白质可控制光合作用过程中电子的流动速度,从而加速整个过程。

“我们测试了增加Rieske FeS蛋白产量的效果,并发现它使光合作用增加了10%,”ARC研究员转化光合作用卓越中心(CoETP)的首席研究员Maria Ermakova博士说。

“Rieske FeS蛋白质属于一种复合物,就像电子流过的软管,所以能量可以被植物的碳引擎使用。通过过度表达这种蛋白质,我们发现了如何释放软管的压力,因此,更多的电子可以流动,加速光合作用过程,“在澳大利亚国立大学(ANU)中心节点工作的Ermakova博士说。

本周发表在“ 通信生物学 ”杂志上的论文的第一作者Ermakova博士说,这是科学家第一次在使用C4光合作用途径的植物体内产生更多的Rieske FeS蛋白。

到目前为止,大多数改善光合作用的努力都是在使用C3光合作用的物种中进行的,例如小麦和水稻,但在增强C4光合作用方面做的很多。

尽管C4作物物种 - 如玉米和高粱 - 在世界农业中发挥着关键作用,但它已经成为世界上生产力最高的作物之一。

“这些结果表明,改变电子传递速率可以提高C4模式物种Setaria viridis的光合作用,这是玉米和高粱的近亲。它是一个重要的概念证明,可以帮助我们更好地了解C4光合作用的工作原理, “CoETP的副主任Susanne von Caemmerer教授是本研究的共同作者之一。

Rieske蛋白在C4植物生长的高辐射环境中尤为重要。以前的研究表明,在C3植物中过量表达Rieske蛋白会改善光合作用,但C4植物需要更多的研究。

“这真的令人兴奋,因为我们现在已准备将其转化为高粱,并测试它对粮食作物中生物量的影响,”von Caemmerer教授说。

该研究是与英国埃塞克斯大学的研究人员进行国际合作的结果,他们是实现增加光合效率(RIPE)项目的一部分。

“这是一个很好的例子,我们需要国际合作来解决在努力改善作物生产方面面临的复杂挑战,”埃塞克斯大学研究员Patricia Lopez-Calcagno说道,他参与了为植物转化生产一些必需的遗传成分。 。

“在过去的30年里,我们通过将C4植物作为发现过程的一部分来打破它们,从而学会了很多关于C4植物如何发挥作用的知识。然而,这是我们实际改进植物的第一个例子,” ARC翻译光合作用卓越中心主任Robert Furbank教授和该研究的作者之一说。

“我们接下来的步骤是组装整个蛋白质FeS复合物,其中还有许多其他组分。还有很多事要做,关于这种蛋白质复合物的许多事情我们仍然不明白。通过过度表达,我们已经达到了10%的增强。 Rieske FeS组件,但我们知道我们可以做得更好,“Furbank教授说。

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