7月20日，中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院生物技術(shù)研究所作物高光效功能基因組創(chuàng)新團(tuán)隊在水稻葉綠體中成功引入合成的丙醇二酰輔酶A代謝路徑，首次在植物中實現(xiàn)光呼吸旁路額外固定二氧化碳，相關(guān)研究成果發(fā)表在《植物生物技術(shù)雜志（Plant Biotechnology Journal）》上。
光呼吸作用是綠色植物在光照條件下吸收氧氣并釋放二氧化碳的代謝過程，碳3作物（如水稻、小麥等）的光呼吸會消耗30%-50%光合作用固定的碳，從而制約了作物的產(chǎn)量。盡管已有多種光呼吸旁路策略試圖優(yōu)化作物的碳利用效率，但僅能減少碳損失，在植物中尚無“碳正性”循環(huán)路徑的應(yīng)用實踐，即除了卡爾文循環(huán)外還通過其它反應(yīng)額外固定二氧化碳。
該科研團(tuán)隊利用來自細(xì)菌的3個酶，經(jīng)密碼子優(yōu)化、高效靶向肽融合及多基因模塊構(gòu)建，成功合成了一條全新光呼吸旁路，導(dǎo)入水稻后，在水稻葉綠體內(nèi)可穩(wěn)定表達(dá)，將乙醇酸轉(zhuǎn)化為甘油酸，這一過程不僅減少能量消耗，還額外固定1分子二氧化碳，并可增強(qiáng)碳水化合物代謝和細(xì)胞分裂素合成，有效促進(jìn)籽粒發(fā)育。田間試驗表明，引入光呼吸旁路的水稻生物量提升11.1%–17.2%，籽粒產(chǎn)量增加14.2%–20.2%。在高光、高二氧化碳條件下表現(xiàn)出更高的凈光合速率和羧化效率，二氧化碳補(bǔ)償點顯著降低，明確具備“碳正性”效應(yīng)。該研究合成了一條全新光呼吸旁路，實現(xiàn)了光呼吸由“負(fù)”（碳消耗）到“正”（碳固定）的轉(zhuǎn)變，提升了作物光合作用的潛力，為培育高光效高產(chǎn)水稻新材料提供了新路徑。
該研究得到國家重點研發(fā)計劃、中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院科技創(chuàng)新工程等項目的支持。
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https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/pbi.70258
