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打破思维定式,我国粮食增产试验有突破

时间:2020-04-26 来源:0 作者:zhangzhenwei 浏览量: 0

  温室效应加剧,受到影响的不光有北极熊,还有世界粮食安全。为了抵御全球气候变暖造成的“高温胁迫”,中科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利用先进的遗传工程手段,在长达6年多的努力时候终于在提高植物光合效率和产量方面取得突破性进展。

  众所周知,植物细胞中的叶绿体是进行光合作用的场所,高强光条件或高温胁迫,通常会引起叶绿体中的活性氧累积,抑制光合作用过程。其主要原因是造成叶绿体内的光合复合体PSII关键蛋白D1的迅速降解,叶片光合机能下降,进而导致作物减产。这就是为什么全球气候变暖会威胁到粮食安全。

  因此提高叶绿体内的光合复合体PSII修复效率,进而增强植物的光合效率,提高生物量和产量,是对这一领域科学家的一大挑战。迎难而上才能解决困难,既然无法在叶绿体内寻求解决之道,那就另辟蹊径寻找解决办法。

  在中国科学院先导项目、科技部国家重点研发计划、国家自然科学基金委员会等相关项目资助下,郭房庆带领陈娟华、陈思婷等研究组成员,利用先进的遗传工程手段,克隆并构建了一个全新的、由高温响应启动子驱动的“融合基因”,并整合拟南芥、烟草和水稻的基因组。经过遗传转化,在拟南芥、烟草和水稻三种植物中,成功创建了一条全新的、细胞核融合基因表达的D1蛋白合成途径。

  这个研究相当于建立了植物细胞D1蛋白合成的双途径机制。一个途径是天然的叶绿体途径,另一个用基因工程创建的细胞核途径。通过增加植物细胞核源D1合成途径,给植物补充D1,从而提高植物高温抗性和光合效率,提高生物量和产量。研究表明,拥有“D1蛋白合成双途径”的拟南芥、烟草和水稻改良株系,在高温抗性、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增加,效果显著。科研团队分别在上海松江和海南三亚陵水育种基地,对水稻遗传工程改良株系的产量进行了多年验证,水稻增产幅度在8.1%-21.0%之间。

  该研究论文已于4月21日发表在国际权威学术期刊《自然·植物》。

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