應對全球變暖下糧食安全挑戰 我國科學家獨辟蹊徑獲突破性進展

2020-04-23 作者:張建松 來源:新華網

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4月21日,郭房慶研究員在人工氣候室里觀察水稻生長狀況。新華社記者 張建松 攝

隨著溫室效應加劇,全球氣候變暖造成的“高溫脅迫”,對世界糧食安全造成嚴重威脅。利用先進的遺傳工程手段,中科院分子植物科學卓越創新中心、植物分子遺傳國家重點實驗室郭房慶研究組,經過長達6年多的努力,在提高植物光合效率和產量方面取得突破性進展。

據郭房慶研究員介紹,植物細胞中的葉綠體是進行光合作用的場所,高強光條件或高溫脅迫,通常會引起葉綠體中的活性氧累積,抑制光合作用過程。其主要原因是造成葉綠體內的光合復合體PSII關鍵蛋白D1的迅速降解,葉片光合機能下降,進而導致作物減產。

在高強光條件或高溫脅迫下,如何提高葉綠體內的光合復合體PSII修復效率,進而增強植物的光合效率,提高生物量和產量,是長期困擾這一領域科學家的基礎性科學問題和挑戰性難題。

在以往研究中,科學家們大多致力于從葉綠體內尋求解決之道。在中國科學院先導項目、科技部國家重點研發計劃、國家自然科學基金委員會等相關項目資助下,郭房慶帶領陳娟華、陳思婷等研究組成員,突破思維定勢、獨辟蹊徑。

他們利用先進的遺傳工程手段,克隆并構建了一個全新的、由高溫響應啟動子驅動的“融合基因”,并整合擬南芥、煙草和水稻的基因組。經過遺傳轉化,在擬南芥、煙草和水稻三種植物中,成功創建了一條全新的、細胞核融合基因表達的D1蛋白合成途徑。

“這就相當于建立了植物細胞D1蛋白合成的雙途徑機制。一個途徑是天然的葉綠體途徑,另一個用基因工程創建的細胞核途徑。通過增加植物細胞核源D1合成途徑,給植物補充D1,從而提高植物高溫抗性和光合效率,提高生物量和產量?!惫繎c說。

研究表明,擁有“D1蛋白合成雙途徑”的擬南芥、煙草和水稻改良株系,在高溫抗性、光合效率、二氧化碳同化速率、生物量等方面,相較于野生型均有大幅度增加,效果顯著??蒲袌F隊分別在上海松江和海南三亞陵水育種基地,對水稻遺傳工程改良株系的產量進行了多年驗證,水稻增產幅度在8.1%-21.0%之間。

21日,國際權威學術期刊《自然·植物》刊發了相關研究論文。

責任編輯:鄭麗金

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