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科学家通过加速光呼吸使作物产量提高47%

2018-06-13 | 作者: PhenoTrait | 标签: 光呼吸

科学家通过加速光呼吸使作物产量提高47%,植物表型资讯介绍如下。

英国埃塞克斯大学的科学家在Plant Biotechnology Journal期刊上发表的一项最新研究表明,植物叶片中常见天然蛋白质的含量增加可使主要粮食作物的产量提高近50%。这项研究是由比尔及梅林达·盖茨基金会( Bill & Melinda Gates Foundation)、粮食和农业研究基金会(Foundation for Food and Agriculture Research)以及英国国际发展部DFID(U.K. Department for International Development)支持的国际研究项目实现提高光合效率RIPE的一部分。

研究团队通过设计一种模式作物来过表达与光呼吸循环过程有关的天然蛋白质。经过两年的田间试验发现增加植物叶片中的H-蛋白质可以使产量增加27%到47%。然而增加这种蛋白质会阻碍植物生长和新陈代谢,导致四周龄的植物仅能长成未改变植物的一半大小。


Patricia Lopez-Calcagno(左)和Kenny Brown(右)在田间试验中,证明了增加作物叶片中的蛋白质可以使产量增加近50%。摄影:Claire Benjamin / RIPE

本文第一作者,埃塞克斯大学高级研究员Patricia Lopez-Calcagno表示,“植物科学家通常使用在整个植物中高水平表达蛋白质的启动子,其效果目前已得到证明,但对于H-蛋白来说并非如此,当研究人员将这种方法转化至其他作物时,需要将蛋白质的变化调整到正确水平。”

此前曾有实验室研究了拟南芥中的H-蛋白水平,利用这种小型实验植物首次在实际生长条件下对H-蛋白进行了评估。本次研究团队选择有植物生物学届的实验室小白鼠之称的烟草进行试验,因为它很容易进行基因工程并且可以在野外田间试验中快速生长和测试。一旦证明这种改变对烟草有效,便可将同样的方法应用于粮食作物。


2017年田间试验鸟瞰图显示微调蛋白质表达增加可以将产量提高近50%。照片由Beau Barber用无人机拍摄

合著者Paul South(美国伊利诺伊大学基因组生物学研究所的博士后)表示,“随着生长季节气温的不断升高,由光呼吸引起的产量收益率也将增加,如果能够将这一发现运用到粮食作物研究中,就可以为农民提供抗逆能力强的植物,如此一来,即使温度胁迫越来越大也能够保持粮食高产”。

接下来,该团队计划提高大豆、豇豆(黑眼豌豆)和木薯中天然存在的蛋白质含量,增加世界作物产量和农民收益,特别是撒哈拉以南非洲和东南亚的小农户。为此,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,其中包括通过帮助植物更快地适应波动的光照水平,将产量提高20%。

埃塞克斯的植物分子生理学教授Christine Raines表示,“我们致力于尽快开发这些可持续发展的技术,并确保全球最需要它们的农民和大众都能够获得。”

来源:
Claire Benjamin, Realizing Increased Photosynthetic Efficiency, Scientists boost crop production by 47 percent by speeding up photorespiration, 2018

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来源:植物表型资讯

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