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科学家通过加速光呼吸将作物产量提高了47％

2019-04-17 11:37:08 • 来源：

当Rubisco(世界上最流行的酶)吸收氧分子而不是二氧化碳分子时，大豆和小麦等植物会产生20%至50%的能量循环有毒化学物质。根据埃塞克斯大学科学家今天在植物生物技术杂志上发表的一项新研究，植物叶片中常见的天然蛋白质的产量增加可使主要粮食作物的产量提高近50%。

科学家通过加速光呼吸将作物产量提高了47％

这项工作是比尔和梅林达盖茨基金会，食品和农业研究基金会以及英国国际发展部支持的实现提高光合效率(RIPE)的国际研究项目的一部分。

在这项研究中，该团队设计了一种模型作物，以过度表达参与回收过程的天然蛋白质，称为光呼吸。经过两年的田间试验，他们发现增加植物叶片中的H蛋白可使产量增加27%至47%。然而，在整个植物中增加这种蛋白质阻碍了生长和新陈代谢，导致四周大的植物的大小只有其未改变的对应物的一半。

“植物科学家传统上使用的是在整个植物中高水平表达蛋白质的启动子，并且有许多例子表明它非常有效，”主要作者，埃塞克斯的高级研究员Patricia Lopez-Calcagno说。“但对于H蛋白，我们发现更多并不总是更好地证明当我们将这种方法转化为其他作物时，我们需要将蛋白质的变化调整到正确组织中的正确水平。”

以前的研究增加了拟南芥中的H蛋白水平，拟南芥是一种用于实验室实验的小型模型植物。这是第一次在实际生长条件下对作物进行H蛋白评估。该团队使用烟草，被广泛认为是植物生物学的实验室老鼠，因为它很容易进行基因工程，并且可以在室外田间试验中快速生长和测试。一旦修改已被证明对烟草有效，同样的方法可以应用于为我们不断增长的人口提供食物所需的粮食作物。

“现实情况是，随着生长季节温度的持续增加，光呼吸引起的产量损失也将增加，”共同作者Paul South说，他是美国农业部ARS博士后研究员，Carl R. Woese基因组生物学研究所的研究员。伊利诺伊大学。“如果我们能够将这一发现转化为粮食作物，我们可以为农民提供能够生产更多食物的有弹性的植物，尽管温度压力会增加。”

接下来，该团队计划提高大豆，豇豆(黑眼豆)和木薯这种天然蛋白质的含量，木薯是一种热带根茎作物，是全世界超过10亿人的主食。他们的目标是增加全世界农民的产量和机会，特别是撒哈拉以南非洲和东南亚的小农。

为了进一步提高产量，该团队计划将这一特性与RIPE项目开发的其他特性结合起来，包括科学报告的一种方法，通过帮助植物更快地适应波动的光照水平，将产量提高20%。

“通过这里描述的个体特性获得的改进，使我们更接近于满足2050年迫在眉睫的食物需求 - 此外，通过将这一特性与RIPE中的其他成功特征相结合，我们可以提高本世纪不断增长的人口所需的产量增长“首席研究员Christine Raines说，”埃塞克斯的植物分子生理学教授。“我们致力于尽快开发这些可持续技术，并确保最需要它们的农民和社区能够全球获取。”

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