华南农业大年夜学彭新湘课题组创建高光效水稻新种
发表时间:2019-09-11 作者:211大年夜学网


 
华南农业大年夜学彭新湘课题组创建高光效水稻新种质  
 

1月16日,记者从华南农业大年夜学得知,该校彭新湘课题组创建高光效水稻新种质,可以增产高达27%。相干研究成果1月10日发表在《分子植物》(Molecular Plant)。

光呼吸(Photorespiration)是在光的驱动下将碳水化合物氧化生成CO2和水的一个生化过程,是一个高耗能的反响,消耗光合产品的比例最高可达50%。是以,降低光呼吸惹起的消耗是进步植物光能应用率的一个重要手段。

彭新湘课题组采取水稻本身的基因,创建了一条新的光呼吸歧路并成功将其导入到水稻叶绿体中构成了光合CO2稀释机制,明显进步了水稻的光合效力和产量。值得一提的是,Cell出版社以《光合效力改良的工程水稻可进步其产量》(Rice plants engineered to be better at photosynthesis make more rice)为题对这一重要成果停止了推介。

据结合国经济与社会事务部猜想,至2050年,全球人口将增至97亿。假设农作物产量依然保持在现有程度,届时,人类必将面对严重的粮食缺乏局面。针对这一成绩,从本世纪初开端,世界范围内便掀起了一场以经过过程生物工程技巧进步植物光合效力为中间的“第二次绿色革命”,而“光呼吸代谢工程”被认为是此次革命的一个关键冲破口。

彭新湘简介,所谓光呼吸,是依附于光的一种呼吸感化,在光的驱动下将碳水化合物氧化生成CO2和水,正常发展条件下光呼吸便可消耗掉落光合产品的25-30%,假设一旦遭受高温、干旱等窘境条件,其消耗比例就会更高,可高达50%以上。由于今朝曾经见诸报导的“歧路”均有引入的来源于大年夜肠杆菌或绿藻的外源基因,推行应用起来更不轻易被公众接收承认。

据懂得,彭新湘课题组用时10余载,几经波折,终究应用水稻本身的三个基因,即OsGLO3(乙醇酸氧化酶)、OsOXO3(草酸氧化酶)和OsCATC(过氧化氢酶),成功构建了一条新的光呼吸歧路,简称GOC歧路。经过过程多基因转化技巧成功将GOC歧路导入水稻并定位至叶绿体中,由此使光呼吸产生的部分乙醇酸直接在叶绿体内被催化为草酸并终究完全分化为CO2,从而构成一种类似C4植物的光合CO2稀释机制。

彭新湘指出,GOC工程水稻株系的光合效力、生物量、籽粒产量(早造)分别进步了15-22%、14-35%、7-27%。同时,GOC植株还表示出了很多类似于经久发展在高CO2情况条件下的表型性状,如叶片含糖量增长、叶绿素含量增长,叶绿体体积增大年夜,淀粉粒数量增长、体积增大年夜,糖类代谢相干基因上调表达等。更风趣的是,GOC水稻叶片中的氮素含量也表示出明显进步,这意味着光呼吸代谢的分流也能够增添了氮消耗从而进步了植物的氮素应用效力。该研究还发明,GOC水稻在高光条件下更有优势。

鉴于GOC歧路对进步生物量更加稳定,它能够更适应于对块茎类植物如土豆、番薯、木薯等粮食作物的高光效改进。彭新湘课题组今朝正在测验测验转化上述作物和其它水稻种类,并对相干启动子做进一步优化,以期处理结实率降低的成绩。该研究初次在重要粮食作物中并且在大年夜田栽种条件下成功完成光合CO2稀释机制与高光效种质的创制。

中国迷信院植物心思生态研究所研究员朱新广表示,进步光合感化光能应用效力是当进步一步大年夜幅度进步着物产量的重要门路;创制光呼吸歧路,有效降低由于RuBisCO的加氧活性招致的光能应用效力的消耗,是进步光能应用效力进而作物产量的重要手段。他指出,为完成该任务,彭新湘课题组克服一系列技巧困难,个中包含建立新型叶绿体转运肽,完成对更多种类蛋白向叶绿体的专注、高效表达等。(来源:迷信网 朱汉斌 方玮 张智胜)